气体超声波流量计是一种利用超声波检测气体流量的过程控制仪表,具有诸多其他流量计不具备的优点,尤其适用于脏介质、腐蚀性强的介质等恶劣工作现场和对测量精确度要求高的计量场所。但国内的气体超声波流量计研究起步较晚,技术积累欠缺,与国外技术相比尚有较大差距,因此急需开发一款具有自主知识产权的气体超声波流量计。本论文基于高精度计时芯片TDC-GP21与峰值互相关算法,并兼顾低功耗的设计需求,提出软硬件结合解决流量计精确度问题的方法,设计实验样机,并通过流量测量实验验证实验样机的性能。本论文主要研究内容包括:(1)设计基于高精度计时芯片TDC-GP21与峰值互相关算法的测量方案。论文在研究传统TDC-GP21计时芯片方案和传统互相关测量方案的基础上,提出基于TDC-GP21硬件,结合峰值互相关算法的新测量方案,目的是解决传统方法测量误差大、功耗高的问题。(2)基于气体超声波流量计信号特点的峰值互相关算法研究。论文基于气体超声波流量计信号特点,设计以峰值为研究对象的互相关算法,以改进传统互相关算法运算量大、实时性差的缺点。(3)基于高精度计时芯片TDC-GP21与峰值互相关算法进行气体超声波流量计样机设计。样机硬件系统采用模块化设计,包括以微功耗单片机MSP430F5418A为控制核心的控制模块、换能器驱动及切换模块、前级匹配及接收切换模块、信号调理模块、基于高精度计时芯片TDC＿GP21的计时模块和电源模块。样机通过系统软件控制读取计时模块的测量时间,并应用基于峰值互相关算法的数据处理方法完成流量计算。(4)流量计样机在负压音速喷嘴流量检定设备上进行实验验证。首先对样机进行渡越时间验证,在不同流速点下分别使用峰值互相关算法和不使用峰值互相关算法测定渡越时间,并与理论渡越时间对比。然后对超声波流量计样机进行整机精度测试,本文研制的气体超声波流量计达到国家标准要求。