超声波信号在流体中传播时,流体的流速会对超声波信号进行调制,通过检测超声波信号,建立数学模型,推导出流体的流速,从而实现流体流量的测量。超声波流量计具有高精度、测量无压损、维护方便、非接触、适用于大口径管道测量等优点,随着天然气在能源体系中占的比例越来越大,超声波气体流量计具有广阔的应用前景。我国研究超声波流量计起步较晚,国内气体超声波流量计产品非常少,并且在测量精度和稳定性等方面和国际上产品相比存在较大的差距。通过广泛查询国内外超声波气体流量测量的文献,发现几乎所有的测量方案都是采用时差法的测量原理,而在计时方案上大部分采用脉冲计数或者互相关运算的方法。互相关运算的计时方案需要设计高速采样电路并且计算复杂；大部分脉冲计数的方案需要高频率的时钟基准信号和设计硬件或者软件来判断超声波接收信号的到达时刻。本文设计了基于时差法和TDC-GP21测量芯片的超声波气体流量计,TDC-GP21(时间数字转换器)芯片内部集成了电压比较器,并且时间的测量直接由芯片完成,简化了电路设计。本文主要研究了以下几方面的问题：设计了超声波激发电路以及超声波接收信号放大滤波电路,经过实验验证,所设计的激发电路能够有效地激发气体超声波探头,超声波接收信号放大滤波电路能够有效地放大微弱的超声波接收信号。在相同的条件下,通过对比不同型号超声波探头的超声波接收信号波形,选择了合适的适用于气体测量的超声波探头。分别利用不同个数激发波去激发超声波探头,对比不同情况下的超声波接收信号波形和静态测量数据,探索了不同个数激发波对测量的影响；对探头信号线的不同接法进行了时间差测量实验,选出了最佳探头接线方式。利用设计的测量系统以空气为介质开展了不同流量下的实流测量,并分析和处理了实验结果,对系统的误差来源进行了分析。