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本文分享的是一種基于查表法的水流量的算法方案設計與實現，算法簡單易懂，主要面向初學者，有兩個目的：一是給初學者一些算法設計的思路引導；二是引導初學者學習怎樣用C語言編程實現。

一、設計需求

1. 基于“1990年國際溫標純水密表”，通過查表法求出水密度，下圖是表的部分截圖。
   

2. 線性信號（電磁流量計、4-20mA 輸出渦街）流量公式：

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

式中：
$q_{max}$：滿量程流量，單位與瞬時流量相同。
$x_A$：測量流量的模擬信號，0～100% （來自差壓變送器未開方信號）。
$k_{\rho }$：為補償信號（無補償設為1.0）。

$$k_{\rho }=\frac{{\rho }_i}{{\rho }_d}$$

式中：
${\rho }_i$：水的工作密度根據測量的溫度也是查表得到，kg/m3。
${\rho }_d$：設計狀態下蒸汽、水的密度（見生產單位出廠計算書），kg/m3。

注：蒸汽應有三個數表 （下面三個表均按照《1967IFC公式》)
（1）過熱蒸汽密度表；
（2）飽和蒸汽（以壓力自變量）密度表；
（3）飽和蒸汽（以溫度自變量）密度表；
數表范圍大小可根據用戶適用范圍確定。

二、算法分析

• 問題1：$q_{max}$qmax的值是多少？

  答：設定值 0~999999999。

• 問題2：差壓變送器的信號是什么？從哪里獲得？

  答：4~20mA,變送器輸出。

• 問題3：是否需要補償信號？若需要回答以下問題。

  答：需要補償（更精確）

• 問題4：計算${\rho }_i$需要的“表”請提供。

  答：查閱文獻，下載表。

• 問題5：${\rho }_d$的值是多少？

  答：設定值0~999999999。

• 問題6：本項目是水還是蒸汽？若是蒸汽則用哪個表，請提供表。

  答：電磁測量的是水，按水的密度表。

三、算法實現

• 實現語言：C語言
• 測試環境：VSCode + GCC

程序包括三個文檔，如下表：

文件名稱	包含函數	功能
main.c	main()	主函數，在該函數內編寫測試用例
flowrate.c	（1）LinearFlowRate() （2）GetDensity() （3）Search_Bin （4）Destroy() （5）Creat_SeqFromTab>	（1）求水的線性信號流量 （2）求密度,被LinearFlowRate調用 （3）在有序表中折半查找 （4）釋放空間 （5）創建有序表
flowrate.h	LinearFlowRate函數聲明	在H文件中聲明的函數，可以被外部調用。

部分源碼如下:
flowrate.c

/******************************************************************************************/
//功    能：求水的線性信號流量
//參    數：setQmax：滿量程流量，單位與瞬時流量相同，人為設定，取值0~999999999
//	  	 	setDensity：設置狀態下蒸汽、水的密度，單位kg/m3，人為設定，取值0~999999999
//	  		transmitterSignal：測量流量的模擬信號，取值0～100%，由4~20mA，壓差變送器輸出
//	  		temperature：實際采集的溫度值
//返 回 值：實際的流量值
//作    者：MJY@二進制
//修改時間：2023-12-11
/*****************************************************************************************/
float LinearFlowRate(long setQmax,long setDensity, float transmitterSignal, float temperature )
{long density;int te;float realFlowrate;te = (int)(temperature*10);				//實際溫度乘10是為了查表，表里對應的溫度就是實際值的10倍。if ( (te > 409) && (te < 499) )  te = 409;		//這里做判斷是因為水密度表里的溫度在509-599,609-699,709-799,809-899,909-999沒有。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是因為表中密度是原來的一千倍，除以1000.0不是1000是為了不省略小數值。return realFlowrate;}else//密度返回0表示，表中未找到相對應的溫度值{return 0.0; //返回0.0代表發生錯誤}
}

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;
}

參考源碼

源碼鏈接

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