● 摘要
现阶段，航天器推进系统中推进剂的高精度流量测量手段，已成为了提高推进系统性能的关键技术。超声波流量计作为当前先进的流量测量方法，在工业领域已得到广泛应用，但在航天工程中，国内的实用化研究还处于起步阶段。针对航天器推进系统的应用特点，本文设计并研制了一套小管径时差法超声波液体流量计。
本文首先研究了超声波流量计的测量原理与测量误差。经分析和对比，确定采用时差法测量原理且明确了流量计算公式。运用粘性流体运动学理论，分析了圆管内流体速度分布规律。对测量误差进行了分类研究，针对不同的误差来源给出了解决方案。
其次，设计了流量计的硬件系统。将流量计的整个系统分为管路系统和信号处理系统两部分。其中，测量管路采用“π”形结构，超声波探头沿管路轴线安装。设计并实现了信号处理系统和两套附加模块的硬件电路。附加模块可辅助完成功能和性能测试。
再次，设计了流量计的软件系统。运用Verilog 硬件描述语言在FPGA 平台上完成了流量计信号处理系统各模块的程序，在微控制器平台上完成了频率测量模块的嵌入式程序。还完成了两套上位机配套软件，以实现各项关键数据的监测。
最后，针对流量计基本功能和性能参数，本文进行了标定实验和高低温实验。