超聲波氣體流量計具有測量精度高、量程比大、壓損小等優(yōu)點，已被美國、荷蘭、英國、中國等多個國家政府機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)作為天然氣貿(mào)易結(jié)算的法定計量工具，目前為止僅有少數(shù)廠家如美國Daniel、GE、日本愛知時計等具備自主研發(fā)能力，其中，國外產(chǎn)品占據(jù)了超聲波氣體流量計絕大部分。不同于超聲波液體流量計，超聲波氣體流量計中的超聲波信號在氣體介質(zhì)傳輸過程中衰減大，而且超聲波換能器工作頻率普遍在40～200kHz之間，該頻率范圍段非常容易受聲學(xué)噪聲干擾，導(dǎo)致超聲波接收信號信噪比低，渡越時間難以準(zhǔn)確測量。通常提高管道內(nèi)被測氣體的壓力可以提高超聲波接收信號的質(zhì)量，因此目前市面上的超聲波氣體流量計主要用于天然氣流量計量。

由于受限于超聲波接收信號的信噪比，超聲波渡越時間檢測的準(zhǔn)確性較難提高，目前廣泛用于超聲波氣體流量計渡越時間檢測的算法主要有互相關(guān)法、閾值法等。利用回波法得到參考波形，與直接接收的超聲波信號進(jìn)行互相關(guān)計算得到渡越時間，完成流量計算，由于該方法的參考波形通過多次反射得到，在小管徑環(huán)境中適應(yīng)性較好，在較大管徑中超聲波信號由于衰減較大，難以保證穩(wěn)定接收，因此該方法具有較大局限性; 將多個靜態(tài)無風(fēng)環(huán)境下的接收波形作平均處理以構(gòu)建參考波形，再與實際接收波形進(jìn)行互相關(guān)計算得到渡越時間，由于忽略了溫度壓力等因素對超聲接收波形包絡(luò)形狀的改變，因此該方法環(huán)境適應(yīng)能力很有限; 采用可變閾值法用于超聲波渡越時間計算，在音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上完成了校準(zhǔn)試驗，試驗結(jié)果表明該方法可以獲得較高測量精度，該方法僅僅在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行試驗，未進(jìn)行更低壓力環(huán)境的應(yīng)用研究。

為了檢驗超聲波氣體流量計在低壓環(huán)境的適應(yīng)性，該文構(gòu)建了壓力試驗平臺，在該平臺上完成了不同負(fù)壓等級的信號衰減試驗，分析了影響規(guī)律。進(jìn)一步設(shè)計了帶通濾波電路及自動增益控制電路，基于FPGA采用相對閾值法結(jié)合過零檢測法實現(xiàn)了超聲波渡越時間檢測和流量計算，最后在工業(yè)性試驗中檢驗了樣機(jī)的測量精度。