张力传感器助力造纸行业实现高精度加工与效率提升

一、张力控制 造纸生产的质量与效率核心保障

在造纸行业，从纸浆抄造到原纸涂布，从分切复卷到成品包装，张力控制贯穿纸张生产的全流程，直接影响纸张的厚度均匀性、表面平整度及生产稳定性。例如，抄纸过程中张力波动超过 ±5% 会导致纸幅拉伸或褶皱，使断纸频率增加 20%，成品纸的厚度公差扩大至 ±8%；涂布工序的张力不均会造成涂层分布不匀，导致印刷适性下降 15%。传统机械张力控制依赖摩擦离合器或重力摆臂，稳定性仅能达到 ±10%，而现代智能产线通过张力传感器构建的闭环系统，可将张力波动精准控制在 ±1% 以内，使高档文化纸的成品率从 75% 提升至 93%，生产效率提高 25%。

张力传感器的核心价值体现在三个关键环节：

纸浆抄造：在长网造纸机中实时监测纸幅张力，避免因张力突变导致的纸幅撕裂，将断纸次数从每小时 5 次降至 1 次以下；

涂布加工：在涂布机中动态调节原纸张力，防止因张力不均造成的涂层厚度偏差，使涂布纸的光泽度均匀性提升 30%；

分切复卷：在复卷机中精准控制卷筒张力，将纸卷的端面平整度公差从 ±2mm 缩小至 ±0.5mm，满足高速印刷机对纸卷质量的严苛要求。

二、张力传感器与压力传感器的技术差异及协同应用

在造纸设备中，张力传感器与压力传感器虽同属力学测量范畴，但技术原理和应用场景存在显著差异：

（一）测量原理与对象

张力传感器：专注于线性拉伸力的直接测量，通过弹性体形变感应张力变化。例如应变片式传感器，在张力作用下弹性体产生微米级形变，表面应变片因拉伸或压缩导致电阻值变化，经惠斯通电桥转换为电压信号，精度可达 ±0.05% FS，适用于 10N 至 10kN 的宽张力范围。

压力传感器：主要测量气体、液体或固体表面的压强，基于压阻效应或压电效应，将压力信号转换为电信号。在造纸机械中，压力传感器常用于监测液压系统压力（如压光机的辊间压力），精度 ±0.2% FS，确保纸张压光的均匀性。

（二）应用场景协同

张力传感器是纸张线性运动的 “拉力标尺”，直接决定纸张的延展度与内部应力；压力传感器是流体动力系统的 “压力阀门”，保障液压、气动系统的稳定运行。二者在涂布生产线中形成高效协同：张力传感器监测原纸张力以调整放卷速度，压力传感器检测涂布辊压力以控制涂层厚度，共同实现 “张力 - 压力” 的双重精准控制，确保涂布纸的质量稳定性。

三、适配造纸行业的张力传感器技术类型

1. 应变片式张力传感器：中低速生产的稳定选择

基于电阻应变原理，应变片式传感器采用合金钢弹性体，表面粘贴高精度应变片，通过全桥电路实现张力信号转换。其优势在于成本适中、量程覆盖广（10N-10kN）、响应速度快（0.1ms 级），适用于长网造纸机、分切机等中低速设备。在瓦楞原纸生产线中，该传感器实时监测纸幅张力，通过 PLC 系统动态调整压榨辊转速，使纸张的横向定量波动从 ±5% 降至 ±2%，显著提升瓦楞纸板的抗压强度。

2. 磁弹性式张力传感器：高湿环境的耐用

利用铁基合金的磁致伸缩效应，此类传感器在张力作用下内部磁路发生变化，通过感应线圈输出与张力成正比的电压信号。其抗振动、耐潮湿（RH>90%）、耐高温（150℃稳定工作）的特性，使其成为纸浆抄造、涂布加工等高湿环境的理想选择。在新闻纸生产线中，磁弹性式传感器监测烘缸段纸幅张力，配合蒸汽控制系统将纸张的水分含量波动从 ±1.5% 降至 ±0.8%，有效避免因水分不均导致的纸张收缩变形。

3. 光纤式张力传感器：精密加工的高精度方案

基于光纤布拉格光栅技术，光纤式传感器在张力作用下使光纤光栅发生轴向应变，引起反射光波长漂移，通过解调仪实现精准测量。其抗电磁干扰、本质安全、体积小（直径仅 0.5mm）的优势，特别适合高档纸加工、特种纸生产等精密场景。在热敏纸涂布机中，分布式光纤传感器阵列以 200Hz 采样频率监测原纸张力，通过边缘计算实时调整涂布头位置，将热敏涂层的厚度公差从 ±3% 控制在 ±1%，满足票据打印对涂层均匀性的严苛要求。

四、典型造纸场景深度解析

1. 抄纸工序的张力 - 定量协同优化

在文化纸长网造纸机的压榨部，张力传感器安装于压榨辊轴承座，实时采集纸幅张力数据。当检测到张力波动超过 ±3% 时，系统自动调整真空箱的抽吸压力，通过 50ms 级闭环控制稳定纸幅张力。某高档复印纸产线应用后，断纸次数从每小时 3 次降至 0.5 次，纸张的厚度公差从 ±5% 缩小至 ±2%，同时将抄造速度从 300m/min 提升至 450m/min，生产效率大幅提升。

2. 涂布工序的张力 - 涂层联动控制

在铜版纸涂布机的放卷段，张力传感器以 500Hz 频率监测原纸张力，当张力高于设定值时，系统立即触发变频器降低收卷轮转速，将涂层厚度不均率从 12% 降至 3%。结合近红外光谱仪，传感器数据可实时反馈原纸张力对涂层附着量的影响，自动优化涂布液流量参数，使铜版纸的印刷光泽度从 85% 提升至 92%，满足印刷品的质量需求。

3. 复卷工序的张力 - 端面平整控制

在卫生纸复卷机中，张力传感器与激光测距仪协同工作，实时监测卷筒张力与端面平整度。当传感器检测到张力不均导致端面偏移时，系统自动调整复卷辊的压力分布，将纸卷的端面跳动量从 ±1.5mm 控制在 ±0.3mm，显著提升卫生纸的包装质量和上机适用性。

五、技术挑战与创新方向

1. 工况适应性技术突破

针对造纸行业的高湿（如蒸煮工段）、高温（如烘缸区域）、高粉尘（如碎浆车间）环境，未来将聚焦：

耐湿耐高温材料：采用聚酰亚胺基应变片和全密封焊接工艺，将传感器在 RH>95%、150℃环境下的使用寿命从 1 年延长至 3 年以上；

抗粉尘设计：优化传感器表面涂层，将粉尘吸附率降低 50%，并集成自动吹扫功能，确保在碎浆、磨浆等高粉尘环境下的长期稳定运行。

2. 智能化与产线融合创新

随着造纸工业向数字化转型，张力传感器正从 “单点测量” 升级为 “系统级控制”：

数字孪生应用：通过传感器数据驱动造纸机虚拟模型，实时模拟不同张力参数对纸张质量的影响，辅助工艺工程师 30 分钟内完成抄造规程优化；

预测性维护：利用深度学习算法分析张力信号的频域特征，提前 72 小时预警导辊轴承磨损、传动皮带老化等潜在故障，将设备停机时间减少 40%。

3. 轻量化与多参数集成创新

为满足特种纸加工和智能化产线需求，微型化与集成化成为重要方向：

MEMS 张力传感器：开发量程 10-500N、尺寸 10mm×10mm 的超微型传感器，适用于实验室级造纸设备和特种纸小批量生产的张力控制；

复合传感模块：集成张力、温度、湿度的多参数传感器，为纸张涂布、浸渍等工艺提供多维数据支持，例如在导电纸加工中，同步监测张力与温度变化，精确控制导电涂层的附着工艺。

六、行业趋势与市场洞察

全球造纸张力传感器市场呈现三大发展特征：

纸张驱动增长：文化纸、涂布纸、特种纸等产品的需求上升，推动高精度张力传感器市场规模年复合增长率达 14%，预计 2028 年突破 22 亿美元；

国产替代加速：中国企业在中低端造纸传感器市场的国产化率已达 60%，在磁弹性式、光纤式传感器领域，部分产品的温度漂移（≤0.005% FS/℃）、长期稳定性（年漂移≤0.1% FS）等指标已接近国际水平；

绿色制造需求：节能型传感器（功耗 <1W）与智能产线的协同优化，帮助造纸企业降低 30% 以上的张力控制能耗，成为 “双碳” 目标下的核心选型标准。