Apa sebenarnya yang mereka ukur? Bagaimana mereka mengukurnya? Apa implikasi dari pendekatan yang berbeda pada akurasi / kecepatan mendapatkan ukuran yang baik?
Akan sangat membantu jika seseorang dapat memberikan jawaban yang menjelaskan bagaimana meter berbasis hub seperti PowerTap berbeda dari meter berbasis engkol seperti Quarq yang berbeda dari yang lainnya.
Jawaban:
Ada beberapa jenis meteran listrik di pasar dan masing-masing mengukur sesuatu yang sedikit berbeda untuk membuat perkiraan mereka. Selain itu, cara mereka mengukur apa yang mereka ukur memiliki implikasi untuk akurasi mereka. Di bawah ini saya membahas apa yang diukur model utama, bagaimana mereka mengukurnya, dan implikasi untuk akurasi.
Daya adalah tingkat kerja (jadi Anda perlu mengetahui jumlah pekerjaan dan rentang waktu di mana pekerjaan itu dilakukan), dan pekerjaan adalah kekuatan yang diberikan jarak, sehingga setiap meteran daya memiliki cara berbeda untuk mengukur Pasukan dan, karena paten, masing-masing telah memilih untuk mengukurnya di "lokasi" yang berbeda.
Dengan pengecualian iBike, sebagian besar meteran listrik mengukur kekuatan di suatu tempat di sepanjang drivetrain: bekerja dari belakang ke depan, PowerTap (dan MaxOne Look tua) mengukur di hub belakang, sistem Polar yang lebih tua diukur di sepanjang rantai, ukuran Quarq, SRM, Rotor, dan Power2Max di laba-laba cincin rantai depan, Tampilan / Polar dan Garmin Metrigear yang baru (sejauh ini, diumumkan tetapi belum dirilis) diukur pada pedal spindle, pengukuran Brim Brothers (diumumkan tetapi belum dirilis). di cleat sepatu, Ergomo diukur di braket bawah, dan Tahapan mengukur di engkol kiri. Langkah iBike dengan cara yang sangat berbeda, dibahas di bawah. Salah satu konsekuensi dari pengukuran di berbagai titik di sepanjang drivetrain adalah bahwa kehilangan drivetrain akan (atau tidak akan) diperhitungkan pada tingkat yang berbeda; sebagai contoh, PowerTap biasanya akan membaca lebih rendah dari SRM karena satu adalah "hulu" dari sebagian besar kerugian drivetrain sementara yang lain adalah "hilir." Perbedaan ini lebih merupakan masalah definisi daripada masalah "akurasi" yang ketat (dalam arti, "apakah pendapatan kotor atau pendapatan bersih merupakan ukuran pendapatan yang lebih 'akurat'?" Kecuali jika Anda memiliki penggunaan spesifik dalam pikiran, sulit untuk katakan yang lebih "akurat").
Sebagian besar meteran listrik di pasaran menggunakan gage regangan, yang merupakan strip foil tipis kecil yang konduktansi dan resistansi listriknya bervariasi karena mengalami deformasi. Strain gage digunakan dalam banyak aplikasi (seperti, jembatan) dan propertinya dipahami dengan baik. Secara umum, strain gage digabungkan dalam "rosette" atau "Wheatstone bridge" untuk menghasilkan lebih banyak akurasi dan presisi (lebih banyak strain gage biasanya menghasilkan hasil yang lebih baik), dan, ketika beroperasi dengan baik Power Tap, Quarq, dan SRM biasanya akurat hingga beberapa persen (dan, sama pentingnya, dengan presisi tinggi); ini telah diverifikasi baik secara statis (menggunakan bobot yang diketahui digantung di engkol) dan juga secara dinamis (menggunakan drum bergulir bertenaga besar di laboratorium). Gaya-gaya tersebut kemudian digabungkan dengan pengukuran kecepatan sudut atau kecepatan untuk mendapatkan daya. Kelebihan dari pengukur regangan adalah bahwa perubahan resistansi dapat diukur bahkan ketika perangkat stasioner sehingga pengendara sepeda dapat mengukur keakuratan meteran listrik berbasis pengukur regangan di rumah dengan menggantung bobot dari massa yang diketahui dari engkol. Masalah umum dengan pendekatan strain gage, bagaimanapun, adalah bahwa mereka bisa peka terhadap perubahan suhu dan karenanya perlu "kembali memusatkan perhatian" sebelum (dan kadang-kadang, selama) naik. Tumit achilles Look MaxOne yang lama itu tahan air, bukan strain gages atau metode pengukuran. Sebagai contoh, Power2Max asli (dan model "Amatir" SRM yang dihentikan) menggunakan strain strain gages lebih sedikit daripada PowerTap saat ini, Quarq, atau model dan laporan SRM dari pengguna (kemudian diakui oleh pabrikan) menunjukkan bahwa itu lebih sensitif terhadap suhu yang melayang selama perjalanan daripada yang lain. Power2Max dirancang ulang dan diperbarui pada akhir 2012 dan laporannya adalah bahwa masalah suhu sebagian besar telah diatasi. Fitur yang diklaim dari Tahapan adalah bahwa ia dirancang di sekitar kompensasi suhu otomatis - pada awal 2013 klaim ini masih dievaluasi oleh pengguna dan masih terlalu dini untuk mengetahui apakah pendekatan mereka melakukan apa yang diklaimnya.
Meteran daya Polar yang lama mengukur gaya yang ditransmisikan sepanjang rantai oleh tegangan rantai, dan termasuk sensor kecepatan rantai untuk mendapatkan kerja total. Dalam rantai kekuatan yang lebih tinggi yang ditransmisikan di sepanjang rantai menghasilkan ketegangan yang lebih tinggi, dan ketegangan dapat diukur dengan frekuensi resonansi objek (misalnya, memetik palang yang sangat tegang dengan kuku Anda menghasilkan nada frekuensi tinggi sementara memetik palang yang longgar menghasilkan nada rendah). Sebagai sejarah samping, prototipe proof-of-concept untuk sensor ketegangan rantai Polar adalah pickup dari gitar listrik. Sensor kecepatan rantai pas pada salah satu roda joki derailleur dan bisa menghitung "pulsa" di medan magnet saat paku keling rantai lewat; karena paku keling rantai adalah jarak yang diketahui, kecepatan rantai mudah dihitung. Adapun keakuratannya, ketika Kutub itu beroperasi dengan baik, itu sangat bagus; Namun, ketika itu tidak benar-benar sangat nakal. Lebih buruk lagi, seringkali sulit untuk mengatakan kapan itu nakal. Jatuhnya meteran listrik Kutub lama adalah tiga kali lipat: 1) sensor tegangan rantai harus dekat dengan rantai, yang sulit dicapai karena rantai kadang-kadang harus berada di cincin rantai besar atau kecil atau besar atau roda belakang kecil; 2) sensor kecepatan rantai terkadang kewalahan dan memberikan pembacaan kecepatan palsu; dan 3) tahan cuaca yang tidak lengkap sebagian karena kabel yang terbuka dan "pod" yang tertutup rapat. yang sulit dicapai karena rantai kadang-kadang harus di cincin rantai besar atau kecil atau roda belakang besar atau kecil; 2) sensor kecepatan rantai terkadang kewalahan dan memberikan pembacaan kecepatan palsu; dan 3) tahan cuaca yang tidak lengkap sebagian karena kabel yang terbuka dan "pod" yang tertutup rapat. yang sulit dicapai karena rantai kadang-kadang harus di cincin rantai besar atau kecil atau roda belakang besar atau kecil; 2) sensor kecepatan rantai terkadang kewalahan dan memberikan pembacaan kecepatan palsu; dan 3) tahan cuaca yang tidak lengkap sebagian karena kabel yang terbuka dan "pod" yang tertutup rapat.
Pengukur daya berbasis bracket bawah Ergomo menggunakan sensor optik dan serangkaian "lubang mengintip" untuk mengukur torsi pada bracket bawah. Karakteristik aneh dari desain ini adalah bahwa ia hanya dapat mengukur gaya (torsional) yang bergerak melalui braket bawah; jadi, itu hanya mengukur kekuatan yang disumbangkan oleh kaki kiri: untuk mendapatkan kekuatan total, itu menggandakan kontribusi kaki kiri. Sehubungan dengan kesulitan dalam menginstal dan mengkalibrasi Ergomo (itu harus diinstal persis seperti itu), ketergantungan pada simetri bilateral antara kedua kaki ini merupakan lonceng kematian bagi Ergomo. Pengukur daya Tahapan juga mengukur kekuatan dengan deformasi pada engkol kiri, dan menggandakan "kiri" untuk sampai pada perkiraan daya total. Penelitian dengan pedal gaya yang diinstrumentasi menunjukkan bahwa asimetri bilateral dalam produksi daya antara kaki kanan dan kiri adalah norma - lebih buruk, penelitian menunjukkan bahwa asimetri dapat berubah dengan tingkat usaha. Namun, beberapa pembalap bersedia menerima ketidaktepatan dan ketidaktepatan yang melekat ini.
Karena baik meteran listrik Kutub maupun Ergomo lama tidak menggunakan regangan pengukur, akurasi dan presisi mereka tidak dapat diperiksa secara statis di lapangan oleh pengendara sepeda; mereka hanya bisa diperiksa secara dinamis (atau terhadap meteran listrik yang dikalibrasi lainnya yang diketahui).
Pedal Garmin Metrigear dan Brim Brothers yang belum pernah dirilis atau meter daya pedal cleat dikabarkan menggunakan sensor piezoelektrik dan akselerometer solid state daripada pengukur regangan foil, tetapi hingga mencapai pasar, semua klaim tentang akurasi atau presisi harus diambil dengan butiran garam. Masalah yang menarik dalam desain pengukur daya berbasis pedal atau cleat adalah bahwa arah gaya dan posisi spindel pedal harus diketahui: misalnya, jika Anda menambahkan gaya ke bawah di bagian bawah langkah pedal, adalah tenaga yang terbuang karena tidak membantu menggerakkan engkol ke arah yang benar; demikian juga, jika Anda menekan ke bawah (namun sedikit) pada upstroke, itu akan membatalkan sebagian gaya yang diberikan oleh kaki lain pada downstroke-nya. Oleh karena itu, melacak berbagai vektor gaya adalah kunci untuk mendapatkan akurasi dan presisi yang andal. Sampai batas tertentu, pengukur daya Stage kadang-kadang juga rentan terhadap masalah terkait: Tahapan menggunakan accelerometer solid-state di pedal (mirip dengan accelerometer solid-state yang dapat ditemukan di ponsel pintar) untuk menentukan posisinya. Model produksi awal Tahapan diganggu oleh pengukuran posisi pedal yang tidak tepat, sehingga kecepatan pedal juga tidak tepat - dan ini berakibat pada ketepatan perkiraan daya final.
Power meter meter Look / Polar yang dirilis baru-baru ini dirilis (menggunakan Januari 2012) menggunakan strain gages yang disusun sepanjang pedal spindle, dan setiap pedal harus dipasang dengan hati-hati agar pedal tahu ke arah mana kekuatan sedang diterapkan - alat khusus disediakan bersama pedal untuk membantu dengan orientasi. Untuk menyederhanakan konversi gaya yang diukur ke nilai torsi, pedal Tampak / Polar hanya menggunakan empat panjang engkol yang berbeda: 170mm, 172,5mm, 175mm, dan 177,5mm. Cranks yang lebih pendek dari 170mm saat ini tidak didukung. Satu pedal adalah "tuan" dan yang lainnya adalah "budak"; pedal slave mentransmisikan informasi ke master yang kemudian menggabungkan data dari kedua pedal dan meneruskannya ke unit kepala. Saat ini, pedal Lihat / Polar menggunakan protokol transmisi sendiri dan belum ada produsen lain yang mendaftar untuk menyediakan unit head yang kompatibel. Laporan awal pada pedal Tampilan baru mengkonfirmasi bahwa orientasi pedal sangat penting: karena poros pedal kecil, kesalahan absolut kecil dalam penyelarasan dapat menjadi kesalahan relatif besar dalam orientasi sudutnya.
IBike mengambil pendekatan yang sama sekali berbeda: iBike menghitung daya secara tidak langsung. Artinya, Anda memerlukan sejumlah daya tertentu untuk mengatasi perubahan energi potensial (naik atau turun), untuk perubahan energi kinetik (akselerasi atau perlambatan), untuk mengatasi hambatan aerodinamik (termasuk angin) dan hambatan dari rolling resistance jadi jika Anda ketahui kecepatan gerak, kemiringan, kecepatan angin, massa total Anda (Anda plus sepeda dan semua peralatan) kemudian dikombinasikan dengan perkiraan koefisien rolling resistance (Crr) dan dari aero drag dan area permukaan depan (CdA atau area drag) yang dapat Anda hitung kekuatan keseluruhan (lihat, misalnya, di sini). Intinya, meter tenaga lainnya di pasar fokus pada "persamaan sisi pasokan" dengan mengukur daya yang disuplai oleh pengendara di suatu tempat di sepanjang drivetrain; iBike berfokus pada "sisi permintaan" dengan mengukur daya yang diminta untuk menggerakkan sepeda melawan angin, gradien, dan gaya seret lainnya. Dalam kondisi normal, ini bisa sangat (mungkin bahkan mengejutkan) akurat, meskipun presisi daya yang diperkirakan dengan cara ini tidak sebagus - iBike mengasumsikan bahwa area drag aerodinamis (alias CdA) konstan, jadi jika pengendara mengubah posisi (katakanlah, bergerak dari tetesan ke puncak bar) atau jika kecepatan angin berbeda karena sudut yaw berubah, perkiraan daya akan mati. Secara umum, iBike telah terbukti cukup akurat untuk tanjakan bukit; kurang untuk kursus bergulir atau berkuda, jadi akurasi keseluruhan akan tergantung pada campuran yang tepat dari riding yang dilakukan dan variabilitas dalam arah angin. Seperti halnya polar dan Ergomo yang berbasis non-strain gage, iBike tidak dapat diperiksa secara statis untuk akurasi atau presisi; lebih buruk, juga tidak dapat diperiksa pada rig dinamis di lab karena tergantung pada gradien dan kecepatan angin. Pemeriksaan iBike telah dilakukan di lapangan ketika pengendara telah memasang meteran daya lain pada sepeda yang sama dan membandingkan dua aliran data.
Ada beberapa "simultan" perbandingan akurasi meter daya di mana satu pengendara memasang dua atau lebih meter daya pada sepeda dan pergi naik terstruktur atau tidak terstruktur. Anda dapat melihat satu perbandingan "Batu Rosetta" di sini dan di sini .
Secara umum, semua meteran daya yang dirilis secara komersial telah akurat (dan kadang-kadang tepat) ketika baru saja disesuaikan dan berkinerja dalam kondisi ideal. Namun, kondisinya tidak selalu ideal dan bagian-bagiannya rusak, kotor, dan memburuk. Jika akurasi dan presisi penting maka akurasi "desain" (baik berdasarkan strain gages, sensor optik, sensor magnetik, atau sensor kecepatan angin) hanya setengah dari pertempuran: sama pentingnya adalah kemampuan untuk memverifikasi meteran listrik di rumah sehingga Anda tahu kapan mereka pergi.
Saya menemukan gambar power meter SRM pertama ini menarik:
Engkol dipasang seperti tuas (berputar di sekitar poros) - semakin kuat Anda mendorong pedal, semakin banyak tekukan - tekukan, output yang digunakan sebagai bagian dari perhitungan watt (seperti yang lebih baik dijelaskan di yang lain jawaban!)
Banyak meteran daya modern pada dasarnya merupakan penyempurnaan pada konsep ini
Pada dasarnya, semua meteran daya bekerja dengan mengukur kekuatan (atau torsi) dan kecepatan.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
Dengan kata lain:
Power = Force * velocity
Pedal atau meteran listrik berdasarkan engkol akan mengukur seberapa banyak torsi yang diterapkan pada engkol. Yang dikombinasikan dengan irama Anda memberi Anda output daya (tambahkan waktu dan Anda memiliki total pekerjaan).
Meteran listrik berbasis hub mengukur torsi yang diterapkan pada hub oleh drivetrain dan menggabungkannya dengan kecepatan atau rotasi roda menghitung untuk melakukan matematika dasar yang sama dan menghitung output daya di sana.
Pada dasarnya, yang satu mengukur daya yang masuk ke drivetrain, yang lain mengukur daya yang keluar dari drivetrain. Jika Anda memiliki keduanya, meteran daya hub akan menunjukkan jumlah daya yang sedikit lebih kecil karena daya yang hilang di drivetrain. Namun demikian, drivetrain sepeda sangat efisien (terutama jika dirawat dengan baik), jadi saya tidak akan mengkhawatirkan perbedaan yang sangat kecil. Sampai taraf tertentu mungkin tergantung apakah Anda lebih peduli tentang output daya Anda atau output daya dari seluruh sistem pengendara + sepeda.
Mekanisme fisik dasar yang mendasari mungkin adalah pengukur regangan yang terdiri dari kawat tipis yang berjalan zig-zag di atas balok yang sedikit melengkung saat gaya diterapkan. Membengkokkan kabel akan mengubah hambatan listrik. http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
Saya juga pernah mendengar meter daya yang mengukur kekuatan pada pedal. Saya menganggap mereka perlu diberi tahu panjang engkol. Saya juga pernah mendengar tentang sistem yang mengukur getaran rantai untuk menghitung tegangan pada rantai untuk mendapatkan informasi gaya / torsi untuk menghitung keluaran daya.