基于查表法的水流量算法设计与实现
写在前面
本文分享的是一种基于查表法的水流量的算法方案设计与实现，算法简单易懂，主要面向初学者，有两个目的：一是给初学者一些算法设计的思路引导；二是引导初学者学习怎样用C语言编程实现。
一、设计需求
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基于“1990年国际温标纯水密表”，通过查表法求出水密度，下图是表的部分截图。
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线性信号（电磁流量计、4-20mA 输出涡街）流量公式：
q = q m a x ⋅ x A ⋅ k ρ q=q_{max}\cdot x_A \cdot k_\rho q=qmax⋅xA⋅kρ
式中：
q m a x q_{max} qmax：满量程流量，单位与瞬时流量相同。
x A x_A xA：测量流量的模拟信号，0～100% （来自差压变送器未开方信号）。
k ρ k_\rho kρ：为补偿信号（无补偿设为1.0）。
k ρ = ρ i ρ d k_\rho=\frac{\rho_i}{\rho_d} kρ=ρdρi
式中：
ρ i \rho_i ρi：水的工作密度根据测量的温度也是查表得到，kg/m3。
ρ d \rho_d ρd：设计状态下蒸汽、水的密度（见生产单位出厂计算书），kg/m3。
注：蒸汽应有三个数表 （下面三个表均按照《1967IFC公式》)
（1）过热蒸汽密度表；
（2）饱和蒸汽（以压力自变量）密度表；
（3）饱和蒸汽（以温度自变量）密度表；
数表范围大小可根据用户适用范围确定。
二、算法分析
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问题1： q m a x q_{max} qmaxqmax的值是多少？
答：设定值 0~999999999。
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问题2：差压变送器的信号是什么？从哪里获得？
答：4~20mA,变送器输出。
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问题3：是否需要补偿信号？若需要回答以下问题。
答：需要补偿（更精确）
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问题4：计算 ρ i \rho_i ρi需要的“表”请提供。
答：查阅文献，下载表。
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问题5： ρ d \rho_d ρd的值是多少？
答：设定值0~999999999。
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问题6：本项目是水还是蒸汽？若是蒸汽则用哪个表，请提供表。
答：电磁测量的是水，按水的密度表。
三、算法实现
- 实现语言：C语言
- 测试环境：VSCode + GCC
程序包括三个文档，如下表：
| 文件名称 | 包含函数 | 功能 |
|---|---|---|
| main.c | main() | 主函数，在该函数内编写测试用例 |
| flowrate.c | （1）LinearFlowRate() （2）GetDensity() （3）Search_Bin （4）Destroy() （5）Creat_SeqFromTab> | （1）求水的线性信号流量 （2）求密度,被LinearFlowRate调用 （3）在有序表中折半查找 （4）释放空间 （5）创建有序表 |
| flowrate.h | LinearFlowRate函数声明 | 在H文件中声明的函数，可以被外部调用。 |
部分源码如下:
flowrate.c
/******************************************************************************************/
//功 能：求水的线性信号流量
//参 数：setQmax：满量程流量，单位与瞬时流量相同，人为设定，取值0~999999999
// setDensity：设置状态下蒸汽、水的密度，单位kg/m3，人为设定，取值0~999999999
// transmitterSignal：测量流量的模拟信号，取值0～100%，由4~20mA，压差变送器输出
// temperature：实际采集的温度值
//返 回 值：实际的流量值
//作 者：MJY@二进制
//修改时间：2023-12-11
/*****************************************************************************************/
float LinearFlowRate(long setQmax,long setDensity, float transmitterSignal, float temperature )
{long density;int te;float realFlowrate;te = (int)(temperature*10); //实际温度乘10是为了查表，表里对应的温度就是实际值的10倍。if ( (te > 409) && (te < 499) ) te = 409; //这里做判断是因为水密度表里的温度在509-599,609-699,709-799,809-899,909-999没有。else if ((te > 509) && (te < 599)) te = 509;else if ((te > 609) && (te < 699)) te = 609;else if ((te > 709) && (te < 799)) te = 709;else if ((te > 809) && (te < 899)) te = 809;else if ((te > 909) && (te < 999)) te = 909;density = GetDensity(te);if (density){realFlowrate = setQmax * transmitterSignal * ((density / 1000.0) / setDensity); // (density / 1000.0)密度除以1000是因为表中密度是原来的一千倍，除以1000.0不是1000是为了不省略小数值。return realFlowrate;}else//密度返回0表示，表中未找到相对应的温度值{return 0.0; //返回0.0代表发生错误}
}main.c
#include "flowrate.h"
#include <stdio.h>int main()
{float realFlowrate;realFlowrate = LinearFlowRate(1000, 1000, 0.5, 28.7);printf("%f\n", realFlowrate);system("pause"); return 0;
}
参考源码
源码链接
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