热量表是用于测量及显示水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表。超声波热量表凭借着测量精确度高、使用寿命长、对测量环境要求低等特性,广泛应用于热计量中。为了解决超声波热量表在小流量情况下测量精度、分辨率的不足,结合脉冲计数法和抽头延迟线法,设计了基于时差法的超声波热量表。本论文主要研究内容如下:首先,介绍了超声波热量表中流量和温度的不同测量方法,在分析了各种测量方法优缺点和热量表技术特性的基础上,采用时间数字转换技术,完成了时差法超声波热量表方案设计。其次,对超声波热量表硬件电路设计进行了详细描述。其中,时间间隔测量和温度测量模块选择分辨率为65ps的时差测量芯片TDC-GP2完成电路设计;流量测量模块设计中,驱动电路对TDC-GP2脉冲发生器单元发出的Fire信号进行放大滤波后,输出超声波传感器驱动信号,回波信号处理电路实现超声波传感器接收信号的电平转换,模拟开关电路通过控制传感器收发状态实现超声波传播方向的切换。最后,对超声波热量表软件程序设计进行了详细介绍,时间间隔测量模块结合直接计数法和抽头延迟线法完成流量测量中超声波在流体中顺、逆流传播时间和温度测量中电容放电时间的测量;上位机数据处理模块采用莱以特准则和均值滤波法,剔除粗大误差,提高测量数据的有效性,并在上位机界面实时显示测量数据计算结果。在完成本设计硬件电路、软件程序的设计和调试基础上,搭建了测试实验环境。在静态水流和动态水流条件下,进行流量测量和温度测量实验,验证了系统的流量和温度测量功能;采用双通道脉冲发生器模拟流量和温度测量的实验环境,进行时间间隔测量精度标定实验,经标定,时间间隔测量精度能够达到0.0015%×设置值。