A invenção do equilíbrio de armas iguais remonta ao tempo dos antigos egípcios, possivelmente em torno de 5000 aC. C.
Os primeiros tipos de balança tinham uma barra em sua parte central e as placas pendiam das extremidades por meio de cordas. Mais ou menos no tempo de Cristo, os romanos introduziram uma melhoria que consistia no uso de um alfinete no meio da barra como suporte central.
A invenção do pivô da faca no século XVIII facilitou o desenvolvimento do moderno equilíbrio mecânico. No final do século XIX, a balança foi introduzida na Europa para se tornar um dos dispositivos de medição mais precisos do mundo. No século XX, foram desenvolvidas balanças eletrônicas baseadas em compensação elétrica em vez de desvio mecânico.
O equilíbrio mecânico consiste, essencialmente, de um feixe ou barra rígida que oscila horizontalmente sobre uma lâmina que atua como fulcro ou pivô, e que tem dois outros eixos paralelos e equidistantes do centro. As cargas que serão pesadas são apoiadas em placas penduradas em suportes.
Para conseguir um melhor desenho, dois ou mais pivôs são colocados entre o suporte de uma extremidade e a placa, um para evitar a inclinação do plano e outro para ajustar o centro da carga a um ponto específico do pivô. Um mecanismo de freio evita danos durante o carregamento, separando os pivôs de seus suportes. O desvio da balança pode ser indicado por um ponteiro anexado à barra que se move em uma escala graduada, ou por reflexão em uma escala separada usando um espelho localizado na barra.
O método mais óbvio de usar uma escala é conhecido como pesagem direta. O material a ser pesado é colocado em uma placa, colocando pesos conhecidos suficientes na outra placa para que a barra esteja em equilíbrio. A diferença entre a leitura sem qualquer peso e a leitura com as placas carregadas indica a diferença entre as cargas de acordo com as divisões da escala. A pesagem direta requer que os braços tenham o mesmo comprimento.
Quando o erro resultante da desigualdade do braço é maior que a precisão necessária, o método de substituição pode ser usado. Com este método, os pesos são adicionados a uma placa para equilibrar a carga desconhecida da outra. Então, os pesos conhecidos são substituídos pela carga desconhecida. Então, os pesos conhecidos são substituídos pela carga desconhecida. Este método requer apenas que os dois braços da barra mantenham o mesmo comprimento durante a pesagem. Qualquer efeito derivado da desigualdade será o mesmo para ambas as cargas e, portanto, é eliminado.
Pequenas microbalanças de quartzo com capacidades de menos de um grama são construídas com confiabilidade muito maior do que a normalmente obtida com balanças do tipo teste que possuem uma barra de metal e três pivôs. As microbalanças são usadas principalmente para determinar as densidades de gases, especialmente gases que só podem ser obtidos em pequenas quantidades. Normalmente, a balança opera dentro de uma câmara selada para o gás, e a mudança no peso é medida de acordo com a mudança na força flutuante líquida produzida no balanço devido ao gás no qual o balanço é suspenso. A pressão do gás é ajustável e é medida com um medidor de mercúrio conectado à carcaça da balança.
Uma ultramicrobalança é qualquer dispositivo de pesagem que permite determinar o peso de amostras menores do que aquelas que podem ser pesadas com a microbalança (isto é, quantidades totais que se tornam um ou alguns microgramas). Os princípios usados para construir com sucesso ultramicrobalances incluem a elasticidade dos elementos estruturais, o deslocamento dos fluidos, o equilíbrio por campos elétricos e magnéticos, e combinações deles.
A medição dos efeitos produzidos pelas minúsculas massas que são pesadas é feita por métodos ópticos, elétricos e baseados em radiação nuclear para determinar os deslocamentos, bem como medições óticas e elétricas das forças usadas para recuperar um deslocamento causado pela amostra que é sendo pesado.
O sucesso das escalas tradicionais nos tempos modernos tem dependido das propriedades elásticas de certos materiais, especialmente fibras de quartzo, que têm alta resistência e elasticidade, e são relativamente independentes dos efeitos da temperatura, histerese e flexão inelástica.
Os ultramicrobalances mais bem sucedidos e práticos são baseados no princípio de equilibrar a carga aplicando um par de forças a uma fibra de quartzo. Um projeto simples usa uma fibra rígida como barra horizontal, apoiada em sua área central por uma fibra de torção horizontal de quartzo esticada e unida a ela em ângulos retos. Em cada extremidade da barra há um prato, um contrabalançando o outro. O desvio da barra causado pela adição da amostra a uma das placas é recuperado girando a extremidade da fibra de torção até que ela esteja de volta em sua posição horizontal, para que a amplitude da torção na fibra suspensa possa ser usada para medir a carga que é adicionada a uma das loiças.
A quantidade de torção necessária para a recuperação é lida por uma mão conectada ao final da fibra de torção. O peso é obtido calibrando a balança usando pesos conhecidos e lendo o valor no gráfico de calibração que representa o peso em relação à torção. Ao contrário das escalas de deslocamento direto que dependem da elasticidade dos componentes estruturais, o balanço de torção permite que a gravidade equilibre o maior componente da carga (ou seja, as placas), resultando em uma capacidade de carga muito mais velho
As balanças usadas no final do século XX costumavam ser eletrônicas e tinham uma precisão muito maior que as mecânicas. Um scanner mediu o deslocamento da placa que continha o objeto a ser pesado e, por meio de um amplificador e, possivelmente, de um computador, gerou-se uma corrente que retornou a placa à sua posição inicial. As medições foram lidas em uma tela digital ou impressas. Os sistemas eletrônicos de pesagem não apenas medem a massa total, mas também podem determinar características como o peso médio e o teor de umidade.