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：

$q=q_{max}\cdot x_A \cdot k_\rho$

式中：
$q_{max}$ ：满量程流量，单位与瞬时流量相同。
$x_A$ ：测量流量的模拟信号，0～100% （来自差压变送器未开方信号）。
$k_\rho$ ：为补偿信号（无补偿设为1.0）。

$k_\rho=\frac{\rho_i}{\rho_d}$

式中：
$\rho_i$ ：水的工作密度根据测量的温度也是查表得到，kg/m3。
$\rho_d$ ：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： $q_{max}$ 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 $\rho_i$ 需要的“表”请提供。

答：查阅文献，下载表。
问题5： $\rho_d$ 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.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;
}