O que é que eles medem exactamente? Como é que o medem? Quais são as implicações das diferentes abordagens na precisão/velocidade de obter uma boa medição?
Seria útil se alguém pudesse dar uma resposta que explicasse como os medidores baseados em cubos como o PowerTap diferem dos medidores baseados em manivelas como o Quarq que diferem dos outros.
Existem vários tipos diferentes de medidores de potência no mercado e cada um mede algo ligeiramente diferente a fim de fazer as suas estimativas. Além disso, a forma como medem o que medem tem implicações para a sua precisão. Abaixo discuto o que os modelos principais medem, como o medem, e as implicações para a precisão.
A potência é a taxa de trabalho (por isso é necessário saber a quantidade de trabalho e o período de tempo durante o qual esse trabalho é feito), e o trabalho é uma força exercida à distância, por isso cada medidor de potência tem uma forma diferente de medir essas forças e, devido às patentes, cada um optou por as medir num “local” diferente. “
Com a excepção do iBike, a maioria dos medidores de potência mede as forças algures ao longo do sistema de transmissão: trabalhando de trás para a frente, o PowerTap (e o antigo Look MaxOne) mede no cubo traseiro, os sistemas polares mais antigos medidos ao longo da corrente, o Quarq, SRM, Rotor, e o Power2Max medem na aranha do anel da corrente frontal, o novo Look/Polar e o Garmin Metrigear (até agora, anunciado mas não liberado) medem no eixo do pedal, o (anunciado mas não liberado) Brim Brothers mede no gancho do sapato, o Ergomo mede no suporte inferior, e os Stages medem na manivela esquerda. O iBike mede de uma forma completamente diferente, discutido abaixo. Uma consequência da medição em vários pontos ao longo da transmissão é que as perdas na transmissão serão (ou não) contabilizadas num grau diferente; por exemplo, um PowerTap será normalmente lido mais baixo do que um SRM, uma vez que um é "a montante” da maioria das perdas na transmissão enquanto o outro é “a jusante”. Esta diferença é mais uma questão de definição do que uma questão de “precisão” rigorosa (no sentido de, “será o rendimento bruto ou o rendimento líquido uma medida mais "precisa” do rendimento? A menos que tenha uma utilização específica em mente, é difícil dizer qual é mais “precisa”).
A maioria dos medidores de potência no mercado utiliza strain gages, que são pequenas tiras de folha fina, cuja condutância e resistência eléctrica varia à medida que são deformadas. Os strain gages são utilizados em muitas aplicações (como pontes) e as suas propriedades são bem compreendidas. Em geral, os strain gages são combinados numa “roseta” ou “ponte de Wheatstone” a fim de produzir mais precisão e precisão (mais strain gages produzem geralmente melhores resultados), e, quando funcionam correctamente, a torneira Power Tap, o Quarq, e o SRM são geralmente precisos dentro de alguns por cento (e, igualmente importante, com alta precisão); isto foi verificado tanto estaticamente (usando pesos conhecidos pendurados na manivela), como também dinamicamente (usando um grande tambor rolante motorizado num laboratório). As forças são então combinadas com uma medição da velocidade angular ou velocidade para obter potência. Uma virtude dos strain gages é que a mudança na resistência pode ser medida mesmo quando o dispositivo está estacionário, para que o ciclista possa medir a precisão dos medidores de potência baseados em strain gages em casa, pendurando pesos de uma massa conhecida da manivela. Um problema comum com a abordagem do strain gage, contudo, é que este pode ser sensível às mudanças de temperatura, pelo que necessita de ser “rezeroed” antes (e por vezes, durante) as pedaladas. O velho salto de aquiles de Look MaxOne era à prova de água, não os strain gages ou método de medição. Por exemplo, o Power2Max original (e o antigo modelo SRM “Amateur” descontinuado) usa menos strain gages do que os actuais modelos PowerTap, Quarq, ou SRM e os relatórios dos utilizadores (posteriormente admitidos pelo fabricante) mostraram que era mais sensível à deriva de temperatura durante um passeio do que os outros. O Power2Max foi redesenhado e actualizado em finais de 2012 e os relatórios indicam que o problema da temperatura foi largamente resolvido. Uma característica alegada das Etapas é que foi concebido em torno da compensação automática da temperatura - a partir do início de 2013 esta alegação ainda está a ser avaliada pelos utilizadores e é demasiado cedo para saber se a sua abordagem faz o que alega.
O antigo medidor de potência Polar mediu a força transmitida ao longo da cadeia por tensão da cadeia, e incluiu um sensor de velocidade da cadeia para obter um trabalho total. Numa cadeia, uma força mais elevada transmitida ao longo da cadeia resulta numa tensão mais elevada, e a tensão pode ser medida pela frequência ressonante do objecto (por exemplo, depenar um raio de alta tensão com a unha produz um tom de alta frequência enquanto depenar um raio solto produz um tom baixo). Como um aparte histórico, o protótipo de prova de conceito para o sensor de tensão de corrente Polar era a captação de uma guitarra eléctrica. O sensor de velocidade da corrente encaixava numa das rodas do desviador e podia contar os “impulsos” no campo magnético à medida que os rebites de corrente passavam; uma vez que os rebites de corrente estão a uma distância conhecida, a velocidade da corrente era facilmente calculada. Quanto à precisão, quando o Polar estava a funcionar bem, era muito bom; no entanto, quando não era muito malicioso, era mesmo muito mau. Pior, era muitas vezes difícil dizer quando estava a ser malicioso. A queda do velho medidor de potência Polar era de três vezes: 1) o o sensor de tensão da corrente precisava de estar perto da corrente, o que era difícil de conseguir uma vez que a corrente tinha por vezes de estar no anel da corrente grande ou pequena ou na engrenagem traseira grande ou pequena; 2) o sensor de velocidade da corrente por vezes ficava sobrecarregado e dava falsas leituras de velocidade; e 3) resistência incompleta às intempéries em parte devido a fios expostos e a uma “cápsula” mal selada.
O medidor de potência Ergomo com base no suporte inferior utilizava um sensor óptico e uma série de “buracos de espreitar” para medir a torção no suporte inferior. Uma característica estranha deste desenho é que só podia medir a força (de torção) que viajava através do suporte inferior; assim, só mediu a potência contribuída pela perna esquerda: para obter a potência total, duplicou a contribuição da perna esquerda. Em conjunto com a dificuldade em instalar e calibrar o Ergomo (tinha de ser instalado _ exactamente assim_), esta dependência da simetria bilateral entre as pernas foi o golpe de misericórdia para o Ergomo. O medidor de potência das etapas mede de forma semelhante a força por deformação na manivela esquerda, e duplica a “esquerda” para chegar a uma estimativa da potência total. A pesquisa com pedais de força instrumentados mostra que a assimetria bilateral na produção de energia entre as pernas direita e esquerda é a norma - pior, a pesquisa mostra que a assimetria pode mudar com o nível de esforço. Contudo, alguns cavaleiros estão dispostos a aceitar esta imprecisão e imprecisão inerentes.
Porque nem os velhos medidores de potência Polar nem Ergomo utilizavam strain gages, a sua precisão e precisão não podiam ser verificadas estaticamente no campo pelo ciclista; só podiam ser verificadas dinamicamente (ou contra um medidor de potência calibrado).
Os inéditos medidores de potência Garmin Metrigear e Brim Brothers a pedal ou gancho de pedal são rumores de que utilizam sensores piezoeléctricos e acelerómetros de estado sólido em vez de strain gages de folha de alumínio, mas até chegarem ao mercado todas as alegações sobre exactidão ou precisão devem ser feitas com grãos de sal. Um problema interessante na concepção de um medidor de potência baseado em pedal ou cleat é que a direcção da força e a posição do eixo do pedal deve ser conhecida: por exemplo, se se adicionar força para baixo na parte inferior do curso do pedal, essa força é desperdiçada, uma vez que não ajuda a mover a manivela na direcção correcta; do mesmo modo, se pressionar para baixo (por mais ligeiramente) no curso para cima, isso irá cancelar alguma da força exercida pela outra perna no seu curso para baixo. Manter um registo dos vários vectores de força é, portanto, fundamental para obter precisão e precisão fiáveis. Até certo ponto, o medidor de força de fase também pode ocasionalmente ser susceptível a um problema relacionado: a fase utiliza um acelerómetro de estado sólido no pedal (semelhante aos acelerómetros de estado sólido que se podem encontrar nos telefones inteligentes) para determinar a sua posição. Os primeiros modelos de produção dos Stages foram atormentados por medições imprecisas da posição do pedal, pelo que a velocidade do pedal também foi imprecisa - e isto teve repercussões na precisão das estimativas finais de potência.
O recentemente lançado (a partir de Janeiro de 2012) o medidor de potência Look/Polar utiliza strain gages dispostos ao longo do eixo do pedal, e cada pedal deve ser cuidadosamente instalado para que os pedais saibam em que direcção as forças estão a ser aplicadas - uma ferramenta especial é fornecida com os pedais para ajudar na orientação. Para simplificar a conversão das forças medidas em valores de torque, o pedal Look/Polar permite a utilização de apenas quatro comprimentos diferentes de manivela: 170mm, 172,5mm, 175mm, e 177,5mm. Manivelas com comprimento inferior a 170mm não são actualmente suportadas. Um pedal é o “mestre” e o outro é o “escravo”; o pedal escravo transmite informação ao mestre que depois agrupa os dados de ambos os pedais e a encaminha para a unidade principal. Neste momento, o pedal Look/Polar utiliza o seu próprio protocolo de transmissão e nenhum outro fabricante assinou ainda para fornecer unidades de cabeça compatíveis. Os primeiros relatórios sobre os novos pedais Look confirmam que a orientação dos pedais é crítica: como o eixo de um pedal é pequeno, um pequeno erro absoluto de alinhamento pode ser um grande erro relativo na sua orientação angular.
O iBike adopta uma abordagem completamente diferente: calcula a potência indirectamente. Ou seja, é necessária uma certa quantidade de potência para superar alterações na energia potencial (subida ou descida), para alterações na energia cinética (aceleração ou desaceleração), para superar o arrastamento aerodinâmico (incluindo o vento) e o arrastamento da resistência ao rolamento, para que se conheça a velocidade do solo, gradiente, velocidade do vento, a sua massa total (você mais a bicicleta e todo o equipamento), depois combinado com estimativas dos coeficientes de resistência ao rolamento (Crr) e de arrasto aéreo e área de superfície frontal (CdA ou área de arrasto) pode calcular a potência total (ver, por exemplo, aqui ). Na essência, os outros medidores de potência no mercado concentram-se na “equação do lado da oferta”, medindo a potência fornecida pelo cavaleiro algures ao longo do trem de força; o iBike concentra-se no “lado da procura”, medindo a potência exigia mover a bicicleta contra o vento, o declive e outras forças de arrastamento. Em condições normais, isto pode ser bastante (talvez até surpreendentemente) preciso, embora a precisão da potência estimada desta forma não seja tão boa – o iBike assume que a área de arrasto aerodinâmico (aka CdA) é constante, por isso, se o ciclista mudar de posição (digamos, passando das quedas para o topo da barra) ou se a velocidade do vento for diferente porque o ângulo de guinada muda, a estimativa de potência estará desligada. Em geral, o iBike demonstrou ser bastante preciso para subidas de colinas; menos ainda para percursos de rolagem ou de equitação num pacote, pelo que a precisão global dependerá da mistura exacta da equitação feita e da variabilidade na direcção do vento. Tal como no caso do velho Polar e Ergomo, o iBike não pode ser verificado estaticamente quanto à precisão ou precisão; pior, nem pode ser verificado num equipamento dinâmico num laboratório, uma vez que depende do gradiente e da velocidade do vento. As verificações do iBike foram realizadas no campo quando os pilotos montaram outro medidor de potência na mesma bicicleta e compararam os dois fluxos de dados.
Houve algumas comparações “simultâneas” da precisão do medidor de potência em que um piloto montou dois ou mais medidores de potência na bicicleta e foi em passeios estruturados ou não estruturados. Pode ver uma dessas comparações “Rosetta Stone” aqui e aqui .
Em geral, todos os medidores de potência comercializados têm sido precisos (e por vezes precisos) quando ajustados recentemente e funcionando em condições ideais. Contudo, as condições nem sempre são ideais e as peças ficam danificadas, sujas, e deterioram-se. Se a precisão e a precisão são importantes, então a precisão de “concepção” (seja baseada em strain gages, sensores ópticos, sensores magnéticos, ou sensores de velocidade do vento) é apenas metade da batalha: igualmente importante é a capacidade de verificar um medidor de potência em casa para que se possa saber quando eles estão desligados.