一、張力控制 造紙生產(chǎn)的質(zhì)量與效率核心保障

在造紙行業(yè)，從紙漿抄造到原紙涂布，從分切復(fù)卷到成品包裝，張力控制貫穿紙張生產(chǎn)的全流程，直接影響紙張的厚度均勻性、表面平整度及生產(chǎn)穩(wěn)定性。例如，抄紙過程中張力波動(dòng)超過 ±5% 會(huì)導(dǎo)致紙幅拉伸或褶皺，使斷紙頻率增加 20%，成品紙的厚度公差擴(kuò)大至 ±8%；涂布工序的張力不均會(huì)造成涂層分布不勻，導(dǎo)致印刷適性下降 15%。傳統(tǒng)機(jī)械張力控制依賴摩擦離合器或重力擺臂，穩(wěn)定性僅能達(dá)到 ±10%，而現(xiàn)代智能產(chǎn)線通過張力傳感器構(gòu)建的閉環(huán)系統(tǒng)，可將張力波動(dòng)精準(zhǔn)控制在 ±1% 以內(nèi)，使高檔文化紙的成品率從 75% 提升至 93%，生產(chǎn)效率提高 25%。

張力傳感器的核心價(jià)值體現(xiàn)在三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

紙漿抄造：在長網(wǎng)造紙機(jī)中實(shí)時(shí)監(jiān)測紙幅張力，避免因張力突變導(dǎo)致的紙幅撕裂，將斷紙次數(shù)從每小時(shí) 5 次降至 1 次以下；

涂布加工：在涂布機(jī)中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)原紙張力，防止因張力不均造成的涂層厚度偏差，使涂布紙的光澤度均勻性提升 30%；

分切復(fù)卷：在復(fù)卷機(jī)中精準(zhǔn)控制卷筒張力，將紙卷的端面平整度公差從 ±2mm 縮小至 ±0.5mm，滿足高速印刷機(jī)對紙卷質(zhì)量的嚴(yán)苛要求。

二、張力傳感器與壓力傳感器的技術(shù)差異及協(xié)同應(yīng)用

在造紙?jiān)O(shè)備中，張力傳感器與壓力傳感器雖同屬力學(xué)測量范疇，但技術(shù)原理和應(yīng)用場景存在顯著差異：

（一）測量原理與對象

張力傳感器：專注于線性拉伸力的直接測量，通過彈性體形變感應(yīng)張力變化。例如應(yīng)變片式傳感器，在張力作用下彈性體產(chǎn)生微米級形變，表面應(yīng)變片因拉伸或壓縮導(dǎo)致電阻值變化，經(jīng)惠斯通電橋轉(zhuǎn)換為電壓信號，精度可達(dá) ±0.05% FS，適用于 10N 至 10kN 的寬張力范圍。

壓力傳感器：主要測量氣體、液體或固體表面的壓強(qiáng)，基于壓阻效應(yīng)或壓電效應(yīng)，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號。在造紙機(jī)械中，壓力傳感器常用于監(jiān)測液壓系統(tǒng)壓力（如壓光機(jī)的輥間壓力），精度 ±0.2% FS，確保紙張壓光的均勻性。

（二）應(yīng)用場景協(xié)同

張力傳感器是紙張線性運(yùn)動(dòng)的 “拉力標(biāo)尺”，直接決定紙張的延展度與內(nèi)部應(yīng)力；壓力傳感器是流體動(dòng)力系統(tǒng)的 “壓力閥門”，保障液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。二者在涂布生產(chǎn)線中形成高效協(xié)同：張力傳感器監(jiān)測原紙張力以調(diào)整放卷速度，壓力傳感器檢測涂布輥壓力以控制涂層厚度，共同實(shí)現(xiàn) “張力 - 壓力” 的雙重精準(zhǔn)控制，確保涂布紙的質(zhì)量穩(wěn)定性。

三、適配造紙行業(yè)的張力傳感器技術(shù)類型

1. 應(yīng)變片式張力傳感器：中低速生產(chǎn)的穩(wěn)定選擇

基于電阻應(yīng)變原理，應(yīng)變片式傳感器采用合金鋼彈性體，表面粘貼高精度應(yīng)變片，通過全橋電路實(shí)現(xiàn)張力信號轉(zhuǎn)換。其優(yōu)勢在于成本適中、量程覆蓋廣（10N-10kN）、響應(yīng)速度快（0.1ms 級），適用于長網(wǎng)造紙機(jī)、分切機(jī)等中低速設(shè)備。在瓦楞原紙生產(chǎn)線中，該傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測紙幅張力，通過 PLC 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整壓榨輥轉(zhuǎn)速，使紙張的橫向定量波動(dòng)從 ±5% 降至 ±2%，顯著提升瓦楞紙板的抗壓強(qiáng)度。

2. 磁彈性式張力傳感器：高濕環(huán)境的耐用

利用鐵基合金的磁致伸縮效應(yīng)，此類傳感器在張力作用下內(nèi)部磁路發(fā)生變化，通過感應(yīng)線圈輸出與張力成正比的電壓信號。其抗振動(dòng)、耐潮濕（RH>90%）、耐高溫（150℃穩(wěn)定工作）的特性，使其成為紙漿抄造、涂布加工等高濕環(huán)境的理想選擇。在新聞紙生產(chǎn)線中，磁彈性式傳感器監(jiān)測烘缸段紙幅張力，配合蒸汽控制系統(tǒng)將紙張的水分含量波動(dòng)從 ±1.5% 降至 ±0.8%，有效避免因水分不均導(dǎo)致的紙張收縮變形。

3. 光纖式張力傳感器：精密加工的高精度方案

基于光纖布拉格光柵技術(shù)，光纖式傳感器在張力作用下使光纖光柵發(fā)生軸向應(yīng)變，引起反射光波長漂移，通過解調(diào)儀實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測量。其抗電磁干擾、本質(zhì)安全、體積?。ㄖ睆絻H 0.5mm）的優(yōu)勢，特別適合高檔紙加工、特種紙生產(chǎn)等精密場景。在熱敏紙涂布機(jī)中，分布式光纖傳感器陣列以 200Hz 采樣頻率監(jiān)測原紙張力，通過邊緣計(jì)算實(shí)時(shí)調(diào)整涂布頭位置，將熱敏涂層的厚度公差從 ±3% 控制在 ±1%，滿足票據(jù)打印對涂層均勻性的嚴(yán)苛要求。

四、典型造紙場景深度解析

1. 抄紙工序的張力 - 定量協(xié)同優(yōu)化

在文化紙長網(wǎng)造紙機(jī)的壓榨部，張力傳感器安裝于壓榨輥軸承座，實(shí)時(shí)采集紙幅張力數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到張力波動(dòng)超過 ±3% 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整真空箱的抽吸壓力，通過 50ms 級閉環(huán)控制穩(wěn)定紙幅張力。某高檔復(fù)印紙產(chǎn)線應(yīng)用后，斷紙次數(shù)從每小時(shí) 3 次降至 0.5 次，紙張的厚度公差從 ±5% 縮小至 ±2%，同時(shí)將抄造速度從 300m/min 提升至 450m/min，生產(chǎn)效率大幅提升。

2. 涂布工序的張力 - 涂層聯(lián)動(dòng)控制

在銅版紙涂布機(jī)的放卷段，張力傳感器以 500Hz 頻率監(jiān)測原紙張力，當(dāng)張力高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)立即觸發(fā)變頻器降低收卷輪轉(zhuǎn)速，將涂層厚度不均率從 12% 降至 3%。結(jié)合近紅外光譜儀，傳感器數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)反饋原紙張力對涂層附著量的影響，自動(dòng)優(yōu)化涂布液流量參數(shù)，使銅版紙的印刷光澤度從 85% 提升至 92%，滿足印刷品的質(zhì)量需求。

3. 復(fù)卷工序的張力 - 端面平整控制

在衛(wèi)生紙復(fù)卷機(jī)中，張力傳感器與激光測距儀協(xié)同工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測卷筒張力與端面平整度。當(dāng)傳感器檢測到張力不均導(dǎo)致端面偏移時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整復(fù)卷輥的壓力分布，將紙卷的端面跳動(dòng)量從 ±1.5mm 控制在 ±0.3mm，顯著提升衛(wèi)生紙的包裝質(zhì)量和上機(jī)適用性。

五、技術(shù)挑戰(zhàn)與創(chuàng)新方向

1. 工況適應(yīng)性技術(shù)突破

針對造紙行業(yè)的高濕（如蒸煮工段）、高溫（如烘缸區(qū)域）、高粉塵（如碎漿車間）環(huán)境，未來將聚焦：

耐濕耐高溫材料：采用聚酰亞胺基應(yīng)變片和全密封焊接工藝，將傳感器在 RH>95%、150℃環(huán)境下的使用壽命從 1 年延長至 3 年以上；

抗粉塵設(shè)計(jì)：優(yōu)化傳感器表面涂層，將粉塵吸附率降低 50%，并集成自動(dòng)吹掃功能，確保在碎漿、磨漿等高粉塵環(huán)境下的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 智能化與產(chǎn)線融合創(chuàng)新

隨著造紙工業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，張力傳感器正從 “單點(diǎn)測量” 升級為 “系統(tǒng)級控制”：

數(shù)字孿生應(yīng)用：通過傳感器數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)造紙機(jī)虛擬模型，實(shí)時(shí)模擬不同張力參數(shù)對紙張質(zhì)量的影響，輔助工藝工程師 30 分鐘內(nèi)完成抄造規(guī)程優(yōu)化；

預(yù)測性維護(hù)：利用深度學(xué)習(xí)算法分析張力信號的頻域特征，提前 72 小時(shí)預(yù)警導(dǎo)輥軸承磨損、傳動(dòng)皮帶老化等潛在故障，將設(shè)備停機(jī)時(shí)間減少 40%。

3. 輕量化與多參數(shù)集成創(chuàng)新

為滿足特種紙加工和智能化產(chǎn)線需求，微型化與集成化成為重要方向：

MEMS 張力傳感器：開發(fā)量程 10-500N、尺寸 10mm×10mm 的超微型傳感器，適用于實(shí)驗(yàn)室級造紙?jiān)O(shè)備和特種紙小批量生產(chǎn)的張力控制；

復(fù)合傳感模塊：集成張力、溫度、濕度的多參數(shù)傳感器，為紙張涂布、浸漬等工藝提供多維數(shù)據(jù)支持，例如在導(dǎo)電紙加工中，同步監(jiān)測張力與溫度變化，精確控制導(dǎo)電涂層的附著工藝。

六、行業(yè)趨勢與市場洞察

全球造紙張力傳感器市場呈現(xiàn)三大發(fā)展特征：

紙張驅(qū)動(dòng)增長：文化紙、涂布紙、特種紙等產(chǎn)品的需求上升，推動(dòng)高精度張力傳感器市場規(guī)模年復(fù)合增長率達(dá) 14%，預(yù)計(jì) 2028 年突破 22 億美元；

國產(chǎn)替代加速：中國企業(yè)在中低端造紙傳感器市場的國產(chǎn)化率已達(dá) 60%，在磁彈性式、光纖式傳感器領(lǐng)域，部分產(chǎn)品的溫度漂移（≤0.005% FS/℃）、長期穩(wěn)定性（年漂移≤0.1% FS）等指標(biāo)已接近國際水平；

綠色制造需求：節(jié)能型傳感器（功耗 <1W）與智能產(chǎn)線的協(xié)同優(yōu)化，幫助造紙企業(yè)降低 30% 以上的張力控制能耗，成為 “雙碳” 目標(biāo)下的核心選型標(biāo)準(zhǔn)。