超声波流量计作为一种新型的流量计,具有精度高、量程比宽、无压力损失、便于安装等优点,被广泛应用于日常生活、商业贸易、工业流量计量等领域。随着自动化仪表的快速发展,各领域对超声波流量计的测量精度与稳定性提出了更高的要求。本文针对在大流量点气体超声波流量计,测量精度低,测量稳定性差的问题,设计一种基于计时芯片TDC-GP22与相关法相结合的时间测量方法,提高了系统的测量精度与稳定性。主要从以下几个方面的做了具体研究:(1)查阅国内外相关文献,详细论述了超声波流量计的工作原理,确立了基于直接时差法和相关法相结合的超声波渡越时间的测量方法。(2)采用32位ARM微处理器芯片STM32F407作为主控制器,利用该控制器软硬件资源及低功耗等优点,便于实现对系统的控制及监测,同时降低了系统的功耗。(3)硬件部分采用模块化设计思路,根据直接时差法测量原理设计了基于STM32F407的核心控制器电路、基于TDC-GP22的高精度数字计时电路、超声波激发电路、超声波接收调理电路、掉电数据存储电路、过零检测电路等,并将模拟电路与数字电路分开布局制板,提高了系统的抗干扰能力。(4)利用keil MDK编程环境完成了系统软件程序设计,文中给出了系统的软件设计的整体框图及部分功能模块流程图,并对相关法进行了仿真,将相关时差法应用到流量计的测量系统中,解决了直接时差法在噪声干扰下误判阈值的问题,提高了系统测量精度与稳定性。(5)在实验环境下,对样机的软硬件系统进行了整体测试,并通过实验数据详细分析了TDC-GP22与相关法相结合的时间测量方法以及流速修正系数的研究,最后对样机进行了流量测试,分析了样机的测量精度与重复性,并对系统的误差来源进行了分析。