力的本質(zhì)是物體之間的相互作用，不能直接得到其值的大小。力施加于某一物體后，將使物體的運動狀態(tài)或動量改變，使物體產(chǎn)生加速度，這是力的“動力效應(yīng)”；還可以使物體產(chǎn)生應(yīng)力，發(fā)生變形，這是力的“靜力效應(yīng)”。因此，可以利用這些變化來實現(xiàn)對力的檢測。
力的測量方法可歸納為力平衡法、測位移法和利用某些物理效應(yīng)測力等。
1．力平衡法
力平衡式測量法是基于比較測量的原理，用一個已知力來平衡待測的未知力，從而得出待測力的值。平衡力可以是已知質(zhì)量的重力、電磁力或氣動力等。
（1）機械式力平衡裝置
圖3-20給出了兩種機械式力平衡裝置。圖1（a）為梁式天平，通過調(diào)整砝碼使指針歸零，將被測力fi，與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量（砝碼g）的重力進(jìn)行平衡，直接比較得出被測力fi的大小。這種方法需逐級加砝碼，測量精度取決于砝碼分級的密度和砝碼等級。
圖1（b）為機械杠桿式力平衡裝置，可轉(zhuǎn)動的杠桿支撐在支點m上，杠桿左端上面懸掛有刀形支承n，在n的下端直接作用有被測力fi；杠桿右端是質(zhì)量m已知的可滑動砝碼g；另在杠桿轉(zhuǎn)動中心上安裝有歸零指針。測量時，調(diào)整砝碼的位置使之與被測力平衡。當(dāng)達(dá)到平衡時，則有式中，a、b分別為被測力fi和砝碼g的力臂；g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?br>圖1 機械式力平衡裝置
（1）
可見，被測力fi的大小與砝碼重力mg的力臂b成正比，因此可以在杠桿上直接按力的大小刻度。這種測力計機構(gòu)簡單，常用于材料試驗機的測力系統(tǒng)中。
上述測力方法的優(yōu)點是簡單易行，可獲得很高的測量精度。但這種方法是基于靜態(tài)重力力矩平衡，因此僅適用于作靜態(tài)測量。
（2）磁電式力平衡裝置
圖2所示為一種磁電式力平衡測力系統(tǒng)。它由光源、光電式零位檢測器、放大器和一個力矩線圈組成一個伺服式測力系統(tǒng)。無外力作用時，系統(tǒng)處于初始平衡位置，光線全部被遮住，光敏元件無電流輸出，力矩線圈不產(chǎn)生力矩。當(dāng)被測力fi作用在杠桿上時，杠桿發(fā)生偏轉(zhuǎn)，光線通過窗口打開的相應(yīng)縫隙，照射到光敏元件上，光敏元件輸出與光照成比例的電信號，經(jīng)放大后加到力矩線圈上與磁場相互作用而產(chǎn)生電磁力矩，用來平衡被測力fi與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量m的重力力矩之差，使杠桿重新處于平衡。此時杠桿轉(zhuǎn)角與被測力fi成正比，而放大器輸出電信號在采樣電阻r上的電壓降u0與被測力fi成比例，從而可測出力fi。
圖2 磁電式力平衡測力系統(tǒng)
與機械杠桿式測力系統(tǒng)相比較，磁電式力平衡系統(tǒng)使用方便，受環(huán)境條件影響較小，體積小，響應(yīng)快，輸出的電信號易于記錄且便于遠(yuǎn)距離測量和控制。
（3）液壓和氣壓式測力系統(tǒng)
圖3（a）給出了液壓活塞式測力系統(tǒng)的原理。浮動活塞由膜片密封，液壓系統(tǒng)內(nèi)部空腔充滿油，且通常加有一預(yù)載壓力。當(dāng)被測力f，作用在活塞上時，引起油壓變化△p，其值可由指示儀表讀出，也可采用壓力傳感器將讀數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號。這樣根據(jù)力平衡條件fi=△p.s（s是活塞等效截面積），就可以通過測量油的壓力來測量力。液壓式測力系統(tǒng)具有很高的剛度，測量范圍很大，可達(dá)幾十兆牛，精度可達(dá)0.1％，配置動態(tài)特性好的壓力傳感器也可以用于測量動態(tài)力。
圖3 液壓和氣壓式測力系統(tǒng)
圖3（b）是氣壓式測力系統(tǒng)原理。它是一種閉環(huán)測力系統(tǒng)。其中噴嘴擋板機構(gòu)用在伺服回路中作高增益放大器。當(dāng)被測力fi加到膜片上時，膜片帶動擋板向下移動x，使噴嘴截面積減小，氣體壓力p0增高。壓力p0作用在膜片面積s上產(chǎn)生一個等效集中力fp，fp力圖使膜片返回到初始位置。當(dāng)fi=fp時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。此時，氣體壓力p0與被測力f0的關(guān)系為
?。?）
式中，kd托為膜片柔度（m／n）；kn為噴嘴擋板機構(gòu)的增益（n／m3）。
由上式可得
（3）
kd實際上并非嚴(yán)格為常數(shù)，但由于乘積kd·kd>>s，這樣與s相比便可忽略不計，于是式（3）變?yōu)椋?br>
（4）
即被測力fi與p0成線性關(guān)系。
2．測位移法
在力作用下，彈性元件會產(chǎn)生變形。測位移法就是通過測量未知力所引起的位移，從而間接地測得未知力值。
圖4所示是電容傳感器與彈性元件組成的測力裝置。圖中，扁環(huán)形彈性元件內(nèi)腔上下平面上分別固連電容傳感器的兩個極板。在力作用下，彈性元件受力變形，使極板間距改變，導(dǎo)致傳感器電容量變化。用測量電路將此電容量變化轉(zhuǎn)換成電信號，即可得到被測力值。通常采用調(diào)頻或調(diào)相電路來測量電容。這種測力裝置可用于大型電子吊秤。
圖5為兩種常用的由差動變壓器與彈性元件構(gòu)成的測方裝置。彈性元件受力產(chǎn)生位移，帶動差動變壓器的鐵心運動，使兩線圈互感發(fā)生變化，最后使差動變壓器的輸出電壓產(chǎn)生和彈性元件受力大小成比例的變化。圖5（a）是差動變壓器與彈簧組合構(gòu)成的測力裝置；圖5（b）為差動變壓器與筒形彈性元件組成的測力裝置。
圖4 電容式測力裝置圖5 差動變壓器式測力裝置
3．利用某些物理效應(yīng)測力
物體在力作用下會產(chǎn)生某些物理效應(yīng)，如應(yīng)變效應(yīng)、壓磁效應(yīng)、壓電效應(yīng)等，可以利用這些效應(yīng)間接檢測力值。各種類型的測力傳感器就是基于這些效應(yīng)。