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

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。

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​=ρd​ρi​​

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

问题1： q m a x q_{max} qmax​qmax的值是多少？

答：设定值 0~999999999。

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。

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）

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。

问题5： ρ d \rho_d ρd​的值是多少？

答：设定值0~999999999。

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.cmain()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.hLinearFlowRate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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