气体超声波流量计具有无压损、量程比大、测量精度高等特点,被应用在天然气、石油贸易等计量领域,特别适合于在大口径天然气管道测量。目前正趋向小型气体贸易计量方向发展,但由于交接场合复杂（包括城市燃气、地暖用气、商用煤改气等）,涉及管道压力范围宽,就需要换能器能适用于不同压力场合的测量。由于燃气自身易爆炸,甚至有部分燃气存在毒性,为保证工业测量的安全性,设计要求系统的功耗较低,以便能采用电池供电,从而尽可能避免发生事故。同时,为了打入小型燃气的计量市场,需要采用单声道,通过减少换能器的个数来降低成本,但是,单声道仅能提取一个声道的线速度来拟合管道横截面的面速度,会使测量结果产生偏差。因此,为了将其推广到小型气体贸易计量场合,必须要满足耐高压、低功耗、单声道、高精度的设计要求。但是,由于耐高压换能器采用钛合金材料作为外壳,导致了严重的声阻抗不匹配,致使回波信号的品质受到影响,从而使得有些常规的方法不再适用。因此,本文提出适用于耐高压换能器的信号处理方法,并低功耗实现。为此,搭建气体超声波换能器的回波信号采集系统,对国产耐高压气体超声波换能器进行数据采集实验。通过对采集到的回波信号进行离线预处理,从而保证了回波信号的信噪比和光滑性。对离线预处理后的回波信号进行研究,分析出不同流量下回波信号的特点,确定了合适的特征段,得出特征段峰值点横、纵坐标的变化规律。基于回波信号的特征研究,本文从回波信号幅值变化角度,得出回波信号的幅值变化规律,提出了一种基于动态可变阈值的信号处理方法。该方法在回波信号幅值衰减时,通过结合峰值点横、纵坐标信息设定动态可变阈值,从而精准定位回波信号特征点,提高系统抗干扰能力。通过离线数据处理,对标定现场采集到不同流量下的50组回波信号进行处理,说明了方法的有效性。在实现步骤、特征点拾取的正确率和稳定性上,将动态可变阈值与可变阈值的信号处理方法进行比较,得出动态可变阈值的方法更适合处理耐高压换能器的波形,具备更强的抗干扰能力、更高的容错性,可以有效地提升可变阈值方法的量程。以STM32（STMicroelectronics 32-bit series microcontroller chip）低功耗系列的单片机为系统核心,研制变送器的硬件部分,主要包括回波调理模块、信号处理模块、激励电路模块、通讯与电源管理模块。所采用的激励方式,既能防止MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）电路在两路PWM方波输出同时导通,又节省激励功耗。利用固态继电器的动作时间短,模拟开关芯片切换速度快,设计了通道切换电路,以保证通道切换电路的响应速度。通过选用低功耗器件和优化电路结构,来降低系统功耗,保证测量精度。开发了变送器的软件,主要包括激励产生模块、脉冲上传模块等;分析了软件的工作流程,着重介绍了激励方式和脉冲上传方式。在激励方式上,通过PWM（Pulse Width Modulation）发送两路互补带死区且存在一定相位差的单极性方波,通过设置相应寄存器,结合MOSFET电路,最终实现双极性方波激励,与单极性方波相比,降低一半的激励功耗。在脉冲上传方式上,通过累积脉冲上传和最优分频系数确定相结合的方法,大幅度地提高了系统的脉冲上传精度。为了考核所研制系统的测量精度,在具备气体流量标定资质的重庆川仪自动化股份有限公司进行了音速喷嘴标定实验。标定结果表明,基于动态可变阈值的单声道气体超声波流量计的示值误差和重复性都满足国家标准对1级精度的相关指标要求。该系统不仅具有较高的稳定性和实时性,可测最大流量为423.481m~3/h,量程比达到1:21。同时,基于GUM（Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement）方法对标定结果进行三类不确定度计算与分析,更全面、客观地评估标定实验结果的可信程度。与课题组所研制的基于DSP（Digital Signal Processor）和FPGA（Field Programmable Gate Array）双核心的气体超声波流量计相比,功耗降低为双核心的0.9775%,为电池供电提供了可能。研制的气体超声波流量计符合耐高压、低功耗、高精度的设计要求,其精度已达到了日本爱知时计电机株式会社同类型产品相同的测量精度。