气液两相流是油气井生产过程中常见的流动形式之一,由于气体的可压缩性和气液界面的可变性,气液两相流流量测量一直是一个难点。对气液两相流流量的准确测量是评价油气井产能好坏的重要依据。基于时差法设计的超声波流量计因具有测量范围宽、抗干扰能力强、测量准确等特点被广泛应用于气液两相流流量测量。时差法超声波流量计是通过测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差来测量流量的,目前时差法超声波流量计因传播时间差的计算精度不高,导致测量误差较大。因此为了提高气液两相流流量测量的精度,设计了一个基于FPGA内部高速计数器数字电路的时差法超声波流量测量系统。本文首先针对超声波气液两相流流量检测模型中的关键因素,利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了对应的仿真模型,分析了超声波在不同流速、不同管径、超声波换能器的不同发射频率和安装角度以及不同气相比中的传播特性,仿真结果为超声波换能器的选型和安装方式提供了理论依据;设计了基于FPGA的超声波时差法气液两相流流量测量系统的硬件电路和软件程序,硬件电路主要包括由换能器驱动电路、开关切换电路、接收信号调理电路、电压比较电路组成的时间差检测电路、电源电路以及主控电路几部分。最后开展了室内模拟实验,通过调整泵的档位来调节流体流速的变化,分析在不同气液比下流体流量的大小,以验证本文设计的时间差测量方法的可靠性。实验结果表明:随着气相比例的增加,流量测量的相对误差在不断的减小,但是整体测量误差较大;通过对流量测量精度影响因素的分析,给出了流量修正公式,利用MATLAB对测量结果进行了误差补偿。对比误差校正效果,校正后流量测量的相对误差低于8%。