由于气体超声波流量计具有压损小、无可动部件和测量准确度高等优点,被广泛用于天然气流量测量领域。随着数字信号处理方法的发展,气体超声波流量计的测量精度不断提高。因此,它在工业领域的发展潜力巨大。本文主要研究气体超声波流量计的数学模型和气体超声波流量计的信号处理方法。将气体超声波流量计的数学模型分为三部分：幅值子模型、过程子模型和延时时间子模型。其中,利用曲线拟合的方法获得幅值子模型,反映超声波回波信号幅值和气体流量,以及超声波回波信号和激励信号之间的关系,为气体超声波流量计系统中激励信号的选择提供了依据；利用系统辨识的方法获得过程子模型,反映激励信号对超声波回波信号形状的影响,为信号处理方法研究奠定基础；根据分段线性化的方法获得延时时间子模型,定量分析不同流量下超声波回波信号在整个气体超声波流量计中的传播时间。整个数学模型反映了气体流量和激励信号等对超声波回波信号的影响,为激励信号选取和信号处理方法研究以及扩大量程比奠定了基础。研究气体超声波流量计的信号处理方法,在分析超声波回波信号的特征的基础上,提出基于可变比例阈值和过零检测的信号处理方法。将峰值和比例值的乘积作为阈值去选取特征点;在得到特征点之后,利用过零检测方法找到过零点；根据过零点所在的时间点计算超声波回波信号的传播时间,进而计算气体流量。由于超声波回波信号峰值是改变的,因此,在该方法中,用于选取特征点的阈值也是一个可变值。另外,由于比例值是基于归一化后超声波回波信号极值点的幅值分布情况来选取的,所以,可以根据应用需求以及管道中的气体流量来改变比例值。由于在计算过程中,我们利用过零检测获得的多个过零点所在时间点的平均值计算超声波回波信号的传播时间,所以,消除了计算过程中的随机误差,并提高了气体超声波流量计的计算精度。与传统的方法相比,本文的方法具有更强的抗干扰能力,也更有利于拓宽气体超声波流量计的测量量程。为了验证上述数字信号处理方法以及气体超声波流量计的有效性,进行了气体流量标定实验。标定结果表明,整个流量计满足一级精度,测量范围为30m3/h到1000m3/h之间。这也证明了上述数字信号处理方法和气体超声波流量计的有效性。