在我国建设节约型社会的背景下，供暖收费过渡到按热量计量收费是大势所趋。现有的热量计量系统主要采用传统的水表技术，存在计量精度低、使用寿命短、待机时间短以及网络通信能力差等缺点，不能满足热量计量的高精度、高可靠性及远程控制等要求。首先对超声波热量表的研究背景及国内外发展现状做了综述性分析，对亟待解决的关键问题进行了深入分析。其次，提出了一种基于渡越时间差法的高精度超声热量计量方法，深入系统地分析了超声波热量表的工作原理及组成结构，研究了渡越时间差法超声波流量测量的原理；采用电容充放电法实现温度测量，并将流量测量和温度测量统一归结为对时间的精确测量。选用高精度的计时芯片TDC-GP2实现了对时间的高精度测量，并选用内置ZigBee协议且基于SOC概念的通讯芯片CC2430实现自动组网、实时通信及网络管理。第三，提出将无线电信号处理领域中的AGC回路用于超声波流量测量系统，建立了AGC回路的数学模型，提出了基于模型的AGC回路可变增益和稳定时间的计算方法，与AGC的硬件电路设计方法，分析了AGC回路对超声波流量测量设备计算过程和性能的影响。通过仿真实验证明本改进方案可以提高系统接收信号的精度。第四，为了改善系统对回波信号处理的精确度，将UKF滤波用于超声波流量测量，提出了使用UKF滤波算法来处理超声波回波信号，得到回波信号的包络线，并且将包络模型的参数作为UKF处理的状态向量。并根据流量测量的特点改进了UKF滤波运算过程，给出了UKF迭代开始及结束的条件。通过仿真实验证明UKF滤波性能优越且能够快速收敛。第五，在分析热量计量原理的基础上，采用K系数法对热量计算过程进行修正，并分析了误差产生的原因。设计了超声波发射、接收及放大电路，并且针对纳秒级时间测量，设计了时间数字转换模块，提高了热量表的计量精度。最后，为了满足超声波热量计量系统长时间独立工作的要求，在系统设计中尽可能采用低功耗的器件及线路的低功耗设计方案。最后提出解决功耗问题的新方法，并给出了尝试性的解决方案。