流量测量作为工农业的眼睛,与我国的社会经济、国防建设、科学研究有着密不可分的关系。传统机械水表由于本身机械结构的限制,存在着压损、机械磨损等先天难以克服的缺点,计量精度及稳定性难以提升。超声水表由于无活动部件、非接触式、电子化、数字化等特点,具有测量精度高、量程比宽、线性度好等优点。本文针对当前超声水表在不良环境下计量不稳定及电路复杂等问题,对超声水表的时延估计方案、超声波声道结构、系统软硬件等方面进行研究,设计出一款性能稳定、成本较低、适合广泛推广的超声水表。在时延估计方案方面,本文选择具有抗干扰能力强,对信号幅值不敏感特点的相关法作为本系统超声信号TDC,同时针对相关法方案进行相应的设计及在超声水表应用方面的优化。在顺、逆流渡越时间计算时,精度要求较低,设计以过阈值的波峰作为截止时刻计算超声波渡越时间。在超声波顺、逆流渡越时间差计算时,精度要求较高。设计首先计算设计目标系统顺、逆流超声渡越时间取值范围设置屏蔽时间,限制数据采样时间窗口、提高采集信号有效性;然后计算设计目标系统超声波渡越时间差取值范围,限制相关运算循环次数,降低相关运算计算量;最后将离散相关函数进行连续抛物线插值,对超声波渡越时间差进行精确的计算。将时延估计的精度由采样频率0.25μs提高到平均绝对误差-11.1ps。在超声波声道结构方面,对U型声道结构进行流场仿真分析,根据仿真结果优化声道结构。结果表明,优化方案有效抑制了管段内部速度分布不均现象,在大流量阶段尤为明显的第一个反射片造成的管段上部出现相对高速区域的流动偏流现象也得到有效抑制,管段内部速度分布有明显改善。软硬件设计方面,针对制造成本及方案需求,采用MSP430FR6047单片机作为系统的主控芯片,其自带的可编程脉冲发生器（PPG）及（50）-（35）高速ADC模块可以有效降低外围电路的复杂度,同时实现低成本设计。软件部分采用任务轮询结构,以125ms周期进行唤醒,执行完任务后立即进入低功耗模式,从而实现低功耗设计。最后,根据实验数据设计了流量修正相关算法,并对修正后系统整体流量计量的准确度和重复性及电池使用寿命进行测试。结果表明,高区流量（Q2≤Q≤Q4）最大误差为-1.04%、最大重复性误差为0.31%;低区流量（Q1≤Q＜Q2）最大误差为-1.55%、最大重复性误差为0.54%。系统能源供应也可支持超过10年的使用时间。