“低介电常数液体测量，不适用于雷达液位计。”我们经常会听到这样的说法。事实上，我刚入行的时候也是这么想的。但经过长时间的学习和深入了解，我意识到这种说法有些片面。让我们来详细探讨一下。
什么是介电常数？
介电常数是反映压电智能材料在静电场作用下介电特性或极化特性的主要参数，通常用ε表示。压电元件的不同应用对压电材料的介电常数有不同的要求。
常用介电常数表
| 气体 | 温度(℃) | 相对介电常数 | 液体 | 温度(℃) | 相对介电常数 |
| 水蒸气 | 140~150 | 1.00785 | 固态氨 | -90 | 4.01 |
| 气态溴 | 180 | 1.0128 | 固态乙酸 | 2 | 4.1 |
| 氦气 | 0 | 1 | 石蜡 | -5 | 2.0~2.1 |
| 氢 | 0 | 1.00026 | 聚苯乙烯 | 20 | 24~2.6 |
| 氧 | 0 | 1.00051 | 无线瓷器 | 16 | 6~6.5 |
| 氮 | 0 | 1.00058 | 超高频瓷器 | 7~8.5 | |
| 氩气 | 0 | 1.00056 | 二氧化钡 | 106 | |
| 气态汞 | 400 | 1.00074 | 橡皮 | 2~3 | |
| 空气 | 0 | 1 | 硬橡胶 | 4.3 | |
| 硫化氢 | 0 | 1.004 | 纸 | 2.5 | |
| 真空 | 20 | 1 | 干沙 | 2.5 | |
| 醚 | 0 | 4.335 | 15%水湿沙 | 约9 | |
| 液态二氧化碳 | 20 | 1.585 | 木头 | 2~8 | |
| 甲醇 | 20 | 33.7 | 琥珀 | 2.8 | |
| 乙醇 | 16.3 | 25.7 | 冰 | 2.8 | |
| 水蒸气 | 14 | 81.5 | 虫胶 | 3~4 | |
| 液氨 | -270.8 | 16.2 | 赛璐珞 | 3.3 | |
| 液氦 | -253 | 1.058 | 玻璃 | 4~11 | |
| 液氢 | -182 | 1.22 | 黄磷 | 4.1 | |
| 液氧 | -185 | 1.465 | 硫 | 4.2 | |
| 液氮 | 0 | 2.28 | 碳（金刚石） | 5.5`16.5 | |
| 液氯 | 20 | 1.9 | 云母 | 6~8 | |
| 煤油 | 20 | 2~4 | 花岗岩 | 7~9 | |
| 松节油 | 2.2 | 大理石 | 8.3 | ||
| 苯 | 2.283 | 盐 | 6.2 | ||
| 油漆 | 3.5 | 氧化铍 | 7.5 | ||
| 甘油 | 45.8 |
常见液体的介电常数
常见溶剂的相对介电常数是在室温下测定的，测试频率为 1kHz。
- 水 (H₂O) 78.5
- 甲酸 (HCOOH) 58.5
- N,N-二甲基甲酰胺 (HCON (CH₃)₂) 36.7
- 甲醇 (CH₃OH) 32.7
- 乙醇 (C₂H₅OH) 24.5
- 丙酮 (CH₃COCH₃) 20.7
- 正己醇 (n-C₆H₁₃OH) 13.3
- 乙酸 (CH₃COOH) 6.15
- 苯 (C₆H₆) 2.28
- 四氯化碳 (CCl₄) 2.24
- 正己烷 (n-C₆H₁₄) 1.88
- 4号溶剂 (n-C₄H₁₀) 1.78
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介电常数对导波雷达液位计的影响
从工艺条件的角度来看，被测介质的介电常数作为已知条件，对导波雷达的测量起着至关重要的作用。
根据介电常数的电学特性，大致可将其分为三类：非极性物质（εr<2.8）、弱极性物质（2.8≤εr≤3.6）和极性物质（εr>3.6）。
对于液化石油气、石油、汽油或石油化工装置中的其他碳氢化合物以及石油化工产品，1.4≤εr≤4.0。
对于醇类、有机溶剂、油水混合物等，4.0≤εr≤10.0。
对于导电液体，例如水溶液、稀酸和稀碱，εr>10.0。
导波雷达液位计可以测量气/液、气/固和液/液两相界面。
适用于测量液/液界面，例如油水界面。
导波雷达液位计发射低能量脉冲微波，微波以光速沿探头向下传播。在探头与介质的界面处，相当一部分微波能量会反射回发射器，从而接收第一回波信号。
一部分脉冲会继续沿探头向下传播，穿过上层低介电常数介质，直至在下层介质表面反射，发射器接收到第二回波信号。
为了测量界面，上层介质的最小厚度为 10-20 厘米，以便区分两种液体的回波信号。上层介质的最大厚度取决于其介电常数。
上层液体的介电常数相对较低，上下层液体的介电常数之差需大于10，且上层介质εr<3，下层介质εr>20。只有这样才能获得明显的反射效果，从而可以同时测量液位和界面。
介质的介电常数越小，反射信号的幅度越大。对于介电常数较低的介质（1.2≤εr≤2.5），导波雷达液位计可用于粉状或挥发性介质。
有些物质会阻碍或吸收气相中的电磁波，也有一些物质会削弱气相中的电磁波。例如，高导电性的粉尘、粉末（石墨、铁合金等）或挥发性介质。例如，液氨 在室温25℃下的介电常数为14.9，是一种导电介质，可以进行有效测量。
先进的导波雷达液位计特别适用于测量各种粉末以及因涡流导致液位倾斜的液体。
由于反射波无需“平面”反射回波，微波安全传输使得介质表面状况受其影响较小。扰动的液面或泡沫的形成，以及不同的曲面或炉口都不会影响测量。因此，导波雷达液位计在湍流环境中也具有良好的测量效果。
从测量范围来看，介电常数较高的介质具有更好的反射性能，更适合远距离测量。导波雷达液位计采用两线环路供电，使用24V（直流）或220V（交流）液位变送器，能耗低，满足液位控制过程的要求。
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介电常数对雷达液位计的影响
雷达液位计采用发射-反射-接收的原理。其天线发射电磁波，这些电磁波被被测物体表面反射后，再由天线接收。电磁波从发射到接收的时间与液面距离成正比。
在雷达液位计测量过程中，被测介质需要提供足够的雷达反射信号。一般来说，介电常数越高，反射信号越强。目标距离越远，所需的反射强度就越大，才能使雷达发射器接收到足够的信号。
当 雷达波到达液面 并被反射时，雷达波会被吸收和衰减。当衰减过大时，雷达液位计将无法接收到足够的信号，导致测量不准确。这就是被测介质的介电常数对雷达液位计测量的影响。
从这个角度来看，介电常数会对雷达液位计的测量产生影响。然而，这个问题已经得到了很好的解决。
雷达液位计还可以进行界面测量，尤其适用于油水界面。
原理：测量界面时，脉冲未被上层物料表面反射的部分会继续向下传播到下层物料表面，然后再反射回来。
雷达液位计测量界面时对介电常数的要求如下：
(1) 上层物料的介电常数必须已知且不能改变；
(2) 上下层物料的介电常数之差必须大于6；
(3) 主要用于上层物料介电常数较低（<3）而下层物料介电常数较高（>20）的油水界面和水/类水液体界面。
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