Nguyên tắc đo của thiết bị này là dựa trên nguyên lý cân bằng lực cần đo với trọng lực hay lực đàn hồi đã biết. Việc sử dụng các cơ cấu cánh tay đòn cho phép các đối trọng không lớn để cân bằng những lực tương đối lớn. Hệ thống cánh tay đòn có thể xây dựng theo hai cách:
Thayđổi vị trí đối trọng trên cánh tayđòn Thayđổi vị trí củađối trọng
Trong các cân cơ học, cân kiểu con lắc đơn là đơn giản nhất.
Nguyên lý: dưới tác dụng của lực F truyền từ thiết bị gây tải sang hệ thống cánh tay đòn làm hệ thống quay đi một góc cho tới khi cân bằng.
l 1 l
Φ
Hình: thiết bị cân lực kiểu cơ học Phương trình cân bằng viết cho hệ thống như sau:
F.l. cosΦ = G.l1.sinΦ +Mms + M’ Trong đó:
l , l1:là chiều dài các cánh tayđòn G: trọng lượng của đối trọng
M’: momen ổnđịnh của cánh tayđòn do trọng lượng của cánh tay đòn và các cơ
cấu liên quan gắn trên cánh tay đòn.
Vì M’ phụ thuộc vào góc quay nên để thuận lợi người ta thay bằng
dM '
MΦ,
MΦ = d: gọi là độ ổn định của cánh tay đòn
MΦ<0 thì M’ giảm theo góc quay, lúc này lực tác dụng của F, G không lớn và cánh tayđòn không cân bằng vì vậy không thể tiến hành phép đo. Nếu bỏ qua lực
ma sát ở các khớp nối thì từ công thức trên ta có:
(tag M ) l .FKhi Φ đủ nhỏ thì Khi Φ đủ nhỏ thì tagΦ≈Φ G.l 1 l1 .G M (1 ) G.l1 l1 .l G.F
Như vậy ta thấy MΦ/l1.G là số hạng kể đến tính chất thực của hệ thống cánh tay
đòn. Khi tỉ số này giảm, hệthống con lắcđi gần đến hệ thống lí tưởng.
Trong trường hợp Φ đủ lớn, để giảm ảnh hưởng đến sai số của phép đo người ta thay thế cánh tay đòn bằng một bánh răng hình quạt có bán kính R=l, nhờ đó mà cánh tay đòn của lực tác dụng không đổi. Lúc này đặc tính tĩnh của hệ thống có dạng ( sin M ) l .F G.l1 l1 .G Người ta căn cứ vào tổng: sin M để đánh giá tính chính xác của phép đo. G.l 1