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超声波气体流量计具有测量精度高、重复性好、量程比宽、压力损耗少等优点,因而获得越来越广泛的关注和应用。根据声道数的不同,超声波气体流量计可分为单声道和多声道。与单声道相比,多声道超声波气体流量计能有效降低管道内气流流速分布不均带来的影响,具有测量精度高,抗干扰能力强,适用于大口径流量测量等优点,现已越来越多地应用于天然气贸易计量领域。由于我国在多声道超声波气体流量计方面的研究起步较晚,目前仍存在种种技术难题有待解决。本文针对多声道超声波气体流量测量的若干个问题进行研究,主要包括传感器设计、系统设计、声道故障诊断和补偿以及实验测试等。重点研究了双声道和四声道超声波气体流量计,通过选取合适的声道布置方案和流量积分方法,力图克服不同流场情况下流速分布对测量的影响,提高超声波气体流量计的性能。本文的主要工作和创新点如下:(1)针对不同管径下的气体流量测量,设计了两种不同声道布置的多声道超声波气体流量测量传感器,即双声道"Z+V"型和四声道"X+X"型,并研究确定了两种多声道传感器所采用的流量积分方法。(2)完成了超声波发射电路、超声波接收电路、多声道切换电路的设计和系统总体调试,并基于模型拟合方法建立了超声波接收信号的拟合模型,完成了多声道超声波气体流量计的流量计算。(3)针对多声道超声波气体流量计在运行过程中出现的声道故障问题,提出了一种声道故障诊断及补偿方法,该方法利用测量声速在线确定故障声道的位置,并通过调整正常工作声道对应的权重系数以降低因声道故障导致的流量计量的偏差。最后,利用实验验证了补偿方法的有效性。(4)在音速喷嘴气体流量标准装置上,通过流量测量实验分别对所研制的双声道"Z+V"型超声波气体流量计样机和四声道"X+X"型超声波气体流量计样机进行了性能测试,并对两种类型的多声道超声波气体流量计的流量测量值进行了校准。