超聲波氣體流量計具有測量精度高、測量范圍大、壓力損失小等優(yōu)點。它已被許多國家政府機構(gòu)批準(zhǔn)作為天然氣貿(mào)易結(jié)算的法律測量工具。到目前為止，只有少數(shù)制造商具有獨立的研發(fā)能力，其中外國產(chǎn)品占據(jù)了超聲波氣體流量計的絕大部分。與超聲波液體流量計不同，超聲波氣體流量計中的超聲波信號在氣體介質(zhì)傳輸過程中衰減較大，超聲波傳感器的工作頻率一般在40~200kHz之間。該頻率范圍非常容易受到聲噪聲的干擾，導(dǎo)致超聲波接收信號噪聲比低，難以準(zhǔn)確測量跨越時間。一般來說，提高管道中被測氣體的壓力可以提高超聲波接收信號的質(zhì)量，因此市場上的超聲波氣體流量計主要用于天然氣流量測量。

由于超聲波接收信號的信噪比，很難提高超聲波跨越時間檢測的準(zhǔn)確性。目前，廣泛應(yīng)用于超聲波氣體流量計跨越時間檢測的算法主要包括相關(guān)方法、閾值法等。采用回波法獲取參考波形，與直接接收的超聲信號相關(guān)的計算時間完成流量計算。由于該方法多次參考波形反射，在小直徑環(huán)境中適應(yīng)性好，超聲信號在大直徑下很難保證穩(wěn)定接收，因此該方法有很大的局限性；建議在多個靜態(tài)無風(fēng)環(huán)境中平均處理接收波形，構(gòu)建參考波形，然后計算與實際接收波形相關(guān)的跨越時間。由于忽略了溫度、壓力等因素對超聲波接收波形狀的變化，該方法的環(huán)境適應(yīng)性非常有限；超聲波跨越時間采用可變閾值法計算，校準(zhǔn)試驗僅在音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上完成。該方法的測量結(jié)果表明，該方法僅在低壓下進行。

為了測試超聲波氣體流量計在低壓環(huán)境中的適應(yīng)性，建立了壓力試驗平臺，完成了不同負(fù)壓等級的信號衰減試驗，并分析了影響規(guī)律。進一步設(shè)計了帶過濾電路和自動增益控制電路。基于FPGA，采用相對閾值法和過零檢測法，實現(xiàn)了超聲波跨越時間檢測和流量計算，檢測了工業(yè)試驗中樣品的測量精度。