天然气是宝贵的不可再生能源,是全球能源市场中的关键构成部分,其准确计量是有效利用能源的基础和保障。在天然气检测领域中,时差式气体超声流量计以精度高、无压力损失等优点有着不可替代的作用。但是国内气体超声波流量计的研究时间较短,核心技术还不成熟,导致气体超声波流量计在实际中难以满足需求。尤其是小管径的气体超声波流量计,其传播时间差的测量精度往往是纳秒级别,如何在硬件采样率有限的情况下提升传播时间差的计算精度对流量的准确计量具有重要意义。首先,本文搭建了数据采集系统,通过对不同流量下采集的回波信号进行分析,发现传播时间差与流量几乎成比例关系。通过分析不同流量下的互相关波形的峰值稳定性,发现在小流量区间互相关峰值稳定,但是大流量下出现了相关峰错位现象。针对此现象本文提出了回波三次方互相关处理方法,结果表明经过处理后的互相关峰值能够保持稳定。然后,本文针对时间差的计算,提出了拟合互相关法来提高其精度。将顺流、逆流的回波波形直接进行互相关运算,取互相关波形的峰值与其左右各一点拟合出二次抛物线,取抛物线最大值点作为确定时间差的估计点,从而提高时间差的计算精度。将拟合互相关法和拟合阈值法计算的时间差进行多组对比,计算结果表明拟合互相关法在各流量下均能计算出稳定的高精度时间差。最后,为了验证本文方法的有效性,使用音速喷嘴式燃气表校验装置进行了气流的标定实验。实验的流量包括0.0405 m~3/h、0.1248 m~3/h、0.1990 m~3/h、0.4046 m~3/h、0.6016 m~3/h、1.1873 m~3/h、2.4236 m~3/h、4.2440 m~3/h和5.9986m~3/h。实验结果表明,拟合互相关法在不同流量区间内得到的示值误差结果和重复性结果都达到了国家标准的要求。