为最大限度地利用推进剂、提高卫星的有效载荷、延长卫星寿命,准确测量卫星的推进剂剩余量一直是航天研究人员追求的目标。与涡轮流量计等传统流量计相比,时差法超声波流量计具有测量精度高、无阻流部件、适于小管径条件下进行小流量精确测量等优点,在推进剂流量在轨测量领域有着非常良好的发展前景。国际上对超声波流量计研究起步早,其制备工艺也比较成熟,并且已研制出用于推进剂流量在轨测量的高精度时差法超声波流量计。由于研究起步较晚,与国外先进水平相比,我国自行开发研制的超声波流量计在精度和可靠性方面存在较大差距。本文在深入研究国内外相关参考文献的基础上,结合理论及仿真分析,设计并制备了用于推进剂流量在轨测量的超声波换能器。同时,结合超声检测卡及上位机处理软件,基于时差法超声波流量测量的基本原理,本文设计了一种用于推进剂流量在轨测量的流量计。首先对超声波流量计的国内外发展历程,以及近年来国内外在该领域的最新研究成果进行了介绍,并从超声波换能器性能、温度、管道内流体流速分布以及时间差计量的准确性四方面介绍了时差法超声波流量计的测量流量的基本原理及影响其精度的主要因素。基于时差法的测量原理,本文设计了一种π型结构新型测量管路,该结构有效消除了流体径向流动的干扰。同时,结合理论及仿真分析,选择PZT-5A压电陶瓷为压电晶片,金属铝、聚苯乙烯为匹配层,环氧树脂E51-618+钨粉、环氧树脂GCC2002+钨粉为背衬层,设计、优化并制备了两种超声波换能器,开展超声波换能器性能测试试验,并进行了对应的研究分析。本文搭建了流量测量试验平台,并根据《JJG 1030-2007超声流量计检定规程》对流量计样机进行校正及流量测量试验,采用线性拟合及多项式拟合的方法对试验结果进行分析与校正,并针对样机的误差结果及准确度进行分析。试验结果表明,在0~300g/s的流量范围内,由以聚苯乙烯为匹配层,环氧树脂GCC2002+钨粉为背衬层制备的换能器搭建的流量计样机相对误差在±0.29%以内,准确度可达0.5。