超声波流量计是一种集声学测量技术、电子技术和传感器技术于一身的流量计，可用于各种液体和气体流量的测量。由于超声波流量计具有量程范围宽、价格低、可做非接触测量、无压力损失、通用性好和适合大管径及高温高压场合等优点，在工业计量领域得到了广泛应用。国内对超声波流量计的研究起步比较晚，目前国产的超声波流量计通常存在测量精度低、硬件电路复杂和稳定性差等不足，技术与国际先进水平存在较大差距，对超声波流量计测量原理进行深入研究，对仪表的结构和电路系统进行改进和提高，符合我国测量技术发展的需求。时差法原理是通过超声波信号在被测流体顺流和逆流传播时间的差来计算出流体流速，它是超声波流量计应用最广泛的先进测量原理之一。本论文针对国内自主研制产品存在的问题，在时差法流量测量原理的基础上，研发设计出一款测量精度达到国内领先水平、性能稳定的新型超声波流量计。论文首先分析了时差法测量原理，对时差法测量流量的计算算法进行了分析和比较，推演出一种改进的算法，避免了电路延迟时间和声速的影响。利用流体力学原理对管道流场进行了深入的分析，给出了非理想流场线面修正系数的计算方法，从而减少了流场因素的影响，提高了超声波流量计的测量精度。其次，对时差法超声波流量计的硬件系统进行了研究和设计，选择TDC-GP21为高精度时间测量芯片、MSP430单片机为主控芯片，大大简化了硬件电路，实现了系统的低功耗；对硬件系统进行了抗干扰设计，提高了系统的稳定性。结合硬件系统，对测量管段进行了研究和设计，为测量管段的设计提供了一种思路。接着，结合硬件系统和测量管段，对超声换能器进行了深入的研究和设计，应用ANSYS软件对超声换能器进行了仿真，为超声换能器的设计提供了一种思路。在软件方面，完成了软件系统各模块流程图的设计和程序的编写。最后，试制了超声波流量计样机，对样机进行了静水试验和标定试验测试，根据测试结果确定了样机的主要性能参数。