直接测量风洞中作用于模型上的气动力和力矩（见空气动力）的装置主要是风洞天平。通常天平设计成测量直角坐标系中沿三个轴的力和绕三个轴的力矩（或只测其中一个或两个力和力矩）。风洞天平是由一般分析天平演变而来的，早期的挂线式天平（图1）就与分析天平相似。它用金属线将模型悬挂起来，模型所受载荷通过金属线送到天平杠杆元件上，加减砝码使其平衡。但分析天平一次只能测一个力，且要求力的方向和作用点是已知的。风洞天平则可同时测气动力的几个分量，气动力合力的作用点和方向一般是待测的。因此，风洞天平的构造也不同于一般分析天平。 　风洞天平的分类方法很多，按测量原理可分为机械式天平、应变式天平、压电晶体天平、电磁悬挂天平等。

一种通过机械结构系统（包括各种传力杆系、铰链、力平台、力矩平台等）传递和分解模型上的气动力，并由感受位移的测量元件进行测量的风洞天平。挂线式平天就是一种机械式天平。挂线式天平由于干扰阻力大，金属线易断，后来很少使用并被支杆式机械天平所取代。用支杆式天平时,模型由支杆支撑,支杆可以改变模型攻角和测滑角（飞行器速度矢量与飞行器对称平面间的夹角）。模型所受气动力由支杆下传到连杆系统，使之分解成各个分量，再通过测量元件记录下来。根据连杆系统装配形式不同，支杆式机械天平可分为塔式天平、台式天平和轭式天平。虽然这类机械式天平的测量精度颇高，但由于难以进行快速测量，所以在高速风洞中一般使用应变式天平。

一种通过贴在弹性元件上的应变片，在气动力作用下，因变形而产生的输出信号变化来测量力和力矩的仪器。一般在弹性元件的拉伸和压缩表面上，分别并排安放两块应变片。然后将这四块应变片接入电桥，加上电压即可进行测量。应变式天平按元件布置形式分为浮框式和复合式两种。浮框式天平是将模型固定在套筒上,可拆卸的各测量元件和支杆安装在套筒内,各分量都是通过两个并联(平行)的测力元件来测量。复合式天平的各个测力元件由串联- 并联混合结构组成。应变天平的应变片大多数都用电阻丝片。它是用很细的导线或很薄的金属箔制成的。有时也用半导体材料。

用半导体应变片装成的天平,滞后小，灵敏度高,频响高，疲劳寿命长。可在热冲风洞和炮风洞等工作时间较长的高超声速风洞中使用。有时也在常规高超声速风洞中使用，这是为了增加天平刚度，提高天平承受启动载荷的能力。

工作原理是：利用压电物质的压电效应，将气动力转换成电信号，输出的信号可直接用电荷放大器测量，也可用高输入阻抗的静电放大器或跟随器测量。这类天平多用于工作时间较短的激波风洞。

工作原理是：用电磁力把由软铁制成的模型悬挂在风洞中，模型的任何位移都会引起光电管光通量变化，再由伺服反馈控制系统在模型上产生一个反抗扰动力的磁力，使模型回到正确位置。由各磁力线圈的电流量，或磁场的磁通量，换算出气动力。这类天平最大的优点是不受模型支架的干扰影响。

上述各天平都有一个校准问题。天平校准分为静校和动校两种。利用校正装置对天平进行静态标定称为天平静校。天平静校的目的是：证明天平能够受多大载荷；测定每个分量的校准系数、灵敏度；测定天平的干扰和变形；校验载荷数据的重复性，从而确定天平使用公式和天平的精度、刚度和强度。在风洞内把标准模型装在经过静校的天平上进行吹风实验称为天平动校，其目的是检验天平的性能，确定天平的精度。