Wat meten ze precies? Hoe meten ze het? Wat zijn de implicaties van de verschillende benaderingen voor de nauwkeurigheid / snelheid van het verkrijgen van een goede meting?
Het zou nuttig zijn als iemand een antwoord zou kunnen geven dat uitlegt hoe naafgerichte meters zoals de PowerTap verschillen van de crankgebonden meters zoals de Quarq die verschillen van de andere.
Er zijn verschillende soorten stroommeters op de markt en elke meter meet iets anders om een schatting te kunnen maken. Bovendien heeft de manier waarop ze meten wat ze meten gevolgen voor hun nauwkeurigheid. Hieronder bespreek ik wat de belangrijkste modellen meten, hoe ze het meten, en de implicaties voor de nauwkeurigheid.
Vermogen is de snelheid van het werk (dus je moet weten hoeveel werk en de tijdspanne waarover dat werk gedaan wordt), en werk is een kracht die over een afstand wordt uitgeoefend, dus elke vermogensmeter heeft een andere manier om die krachten te meten en, vanwege patenten, heeft elke meter ervoor gekozen om ze op een andere “locatie” te meten. “Met uitzondering van de iBike meten de meeste krachtmeters de krachten ergens langs de aandrijflijn: Werkend van achter naar voren meet de PowerTap (en de oude Look MaxOne) aan de achternaaf, meten de oudere Polar systemen langs de ketting, meten de Quarq, SRM, Rotor en Power2Max aan de spin van de voorste kettingring, meten de nieuwe Look/Polar en Garmin Metrigear (tot nu toe, aangekondigd maar niet vrijgegeven) aan de pedaalas, meet de (aangekondigd maar niet vrijgegeven) Brim Brothers aan het schoenplaatje, meet de Ergomo aan de trapas, en meet de Stages aan de linker crank. De iBike meet op een heel andere manier, die hieronder wordt besproken. Een gevolg van het meten op verschillende punten langs de aandrijflijn is dat de verliezen van de aandrijflijn in een andere mate worden meegenomen (of niet); een PowerTap zal bijvoorbeeld meestal lager uitlezen dan een SRM, omdat de ene "stroomopwaarts” van de meeste aandrijflijnverliezen is, terwijl de andere “stroomafwaarts” is. Dit verschil is meer een kwestie van definitie dan van strikte “nauwkeurigheid” (in de zin van: “is het bruto- of netto-inkomen een ‘nauwkeurigere’ maatstaf voor het inkomen? Tenzij je een specifiek gebruik in gedachten hebt, is het moeilijk te zeggen welke "nauwkeuriger” is).
De meeste vermogensmeters op de markt maken gebruik van rekstroken, dat zijn kleine dunne foliestroken waarvan de elektrische geleiding en weerstand varieert als ze vervormd zijn. Spanningsmeters worden gebruikt in veel toepassingen (zoals bruggen) en hun eigenschappen zijn goed begrepen. In het algemeen worden rekstrookjes gecombineerd in een “rozet” of “Wheatstone brug” om meer nauwkeurigheid en precisie te produceren (meer rekstrookjes leveren meestal betere resultaten op), en bij een goede werking zijn de Power Tap, Quarq en SRM meestal tot op een paar procent nauwkeurig (en, net zo belangrijk, met hoge precisie); dit is zowel statisch (met behulp van bekende gewichten die aan de slinger hangen) als dynamisch (met behulp van een grote aangedreven roltrommel in een labo) geverifieerd. De krachten worden vervolgens gecombineerd met een meting van de hoeksnelheid of snelheid om kracht te krijgen. Een voordeel van rekstrookjes is dat de verandering in de weerstand kan worden gemeten, zelfs als het apparaat stilstaat, zodat de fietser de nauwkeurigheid van de op rekstrookjes gebaseerde vermogensmeters thuis kan meten door gewichten van een bekende massa aan de crank te hangen. Een veel voorkomend probleem met de rekstrookbenadering is echter dat deze gevoelig kan zijn voor temperatuurveranderingen en dus vóór (en soms ook tijdens) de rit opnieuw moet worden “op nul gezet”. De oude Look MaxOne’s achilleshiel was waterdichtheid, niet de rekstrook of meetmethode. Bijvoorbeeld, de originele Power2Max (en het oude stopgezette SRM “Amateur” model) gebruikt minder rekstrookjes dan de huidige PowerTap, Quarq, of SRM modellen en rapporten van gebruikers (later toegegeven door de fabrikant) toonden aan dat het gevoeliger was voor temperatuurveranderingen tijdens een rit dan die andere. De Power2Max is eind 2012 opnieuw ontworpen en geüpdatet en volgens de rapporten is het temperatuurprobleem grotendeels aangepakt. Een geclaimde eigenschap van de Stages is dat hij is ontworpen rond automatische temperatuurcompensatie - vanaf begin 2013 wordt deze claim nog steeds geëvalueerd door gebruikers en het is nog te vroeg om te weten of hun aanpak doet wat hij beweert.
De oude Polaire vermogensmeter meet de kracht die wordt overgebracht langs de ketting door de kettingspanning, en bevatte een kettingsnelheidssensor om totaal werk te krijgen. In een ketting resulteert een hogere kracht die langs de ketting wordt overgebracht in een hogere spanning, en de spanning kan worden gemeten aan de hand van de resonantiefrequentie van het object (bijvoorbeeld, als je een hooggespannen spaak met je vingernagel afsteekt, krijg je een hoge frequentietoon, terwijl het afstoppen van een losse spaak een lage toon produceert). Terzijde: het proof-of-concept prototype voor de Polaire kettingspanningssensor was de pick-up van een elektrische gitaar. De kettingspanningssensor paste op één van de derailleur jockeywielen en kon de “pulsen” in het magnetisch veld tellen als de kettingnagels werden gepasseerd; aangezien de kettingnagels op een bekende afstand van elkaar staan, was de kettingsnelheid eenvoudig te berekenen. Wat betreft de nauwkeurigheid: als de Polar goed functioneerde, was hij erg goed; als hij niet goed functioneerde, was hij echter wel erg ondeugend. Erger nog, het was vaak moeilijk te zeggen wanneer hij ondeugend was. De ondergang van de oude Polaire krachtmeter was drievoudig: 1) de De kettingspanningssensor moest dicht bij de ketting liggen, wat moeilijk te bereiken was omdat de ketting soms in de grote of kleine kettingring of het grote of kleine tandwiel achteraan moest zitten; 2) de kettingsnelheidssensor werd soms overweldigd en gaf valse snelheidsmetingen; en 3) onvolledige weersbestendigheid, mede door blootliggende draden en een slecht afgedichte “pod.”
De Ergomo bodembeugel gebaseerde vermogensmeter gebruikte een optische sensor en een reeks “kijkgaten” om de torsie in de bodembeugel te meten. Een vreemde eigenschap van dit ontwerp is dat het alleen de (torsie)kracht kon meten die door de trapas loopt; het meet dus alleen het vermogen dat door het linkerbeen wordt bijgedragen: om het totale vermogen te krijgen verdubbelde het de bijdrage van het linkerbeen. In combinatie met de moeilijkheid om de Ergomo te installeren en te kalibreren (hij moest _ precies zo_ worden geïnstalleerd), was deze afhankelijkheid van de bilaterale symmetrie tussen de benen de doodsklap voor de Ergomo. De krachtmeter Stages meet op dezelfde manier de kracht door vervorming in de linker slinger, en verdubbelt de “linker” om tot een schatting van het totale vermogen te komen. Onderzoek met geïnstrumenteerde krachtpedalen toont aan dat bilaterale asymmetrie in de krachtproductie tussen de rechter- en linkerbenen de norm - erger nog, het onderzoek toont aan dat de asymmetrie kan veranderen met de mate van inspanning. Echter, sommige rijders zijn bereid deze inherente onnauwkeurigheid en onnauwkeurigheid te accepteren.
Omdat noch de oude Polar noch de Ergomo krachtmeters gebruik maakten van rekstrookjes, kon de nauwkeurigheid en precisie ervan niet statisch worden gecontroleerd in het veld door de fietser; ze konden alleen dynamisch worden gecontroleerd (of tegen een andere bekende gekalibreerde krachtmeter).
De nog niet vrijgegeven Garmin Metrigear en Brim Brothers pedaal- of schoenplaatvermogensmeters zouden piëzo-elektrische sensoren en vastestofversnellingsmeters gebruiken in plaats van folie-vermogensmeters, maar totdat ze op de markt komen, zouden alle beweringen over nauwkeurigheid of precisie met zoutkorrels moeten worden gedaan. Een interessant probleem bij het ontwerp van een pedaal- of schoenplaat-gebaseerde krachtmeter is dat de richting van de kracht en de positie van de pedaalspindel bekend moet zijn: als u bijvoorbeeld neerwaartse kracht toevoegt aan de onderkant van de pedaalslag, is dat verspilde kracht omdat het niet helpt bij het bewegen van de crank in de juiste richting; ook als u (hoe licht ook) op de opgaande slag drukt, zal dat een deel van de kracht die door het andere been op de neergaande slag wordt uitgeoefend, tenietdoen. Het bijhouden van de verschillende krachtvectoren is daarom essentieel voor het verkrijgen van een betrouwbare nauwkeurigheid en precisie. Tot op zekere hoogte kan de Stage power meter ook af en toe gevoelig zijn voor een gerelateerd probleem: de Stages maakt gebruik van een solid-state accelerometer in het pedaal (vergelijkbaar met de solid-state accelerometers die men kan vinden in smart phones) om de positie ervan te bepalen. Vroege productiemodellen van de Stages werden geplaagd door onnauwkeurige metingen van de pedaalpositie, dus de pedaalsnelheid was ook onnauwkeurig - en dit had gevolgen voor de precisie van de uiteindelijke vermogensschattingen.
De onlangs vrijgegeven (vanaf januari 2012) Look/Polar vermogensmeter maakt gebruik van rekstrookjes die langs de pedaalspindel zijn gerangschikt, en elk pedaal moet zorgvuldig worden geïnstalleerd zodat de pedalen weten in welke richting de krachten worden uitgeoefend - een speciaal gereedschap wordt met de pedalen meegeleverd om te helpen met de oriëntatie. Om de omrekening van de gemeten krachten naar koppelwaarden te vereenvoudigen, kan met het Look/Polar pedaal slechts vier verschillende cranklengtes worden gebruikt: 170 mm, 172,5 mm, 175 mm en 177,5 mm. Kranen korter dan 170 mm worden momenteel niet ondersteund. Het ene pedaal is de “master” en het andere de “slave”; het slavepedaal geeft informatie door aan de master die vervolgens de gegevens van beide pedalen bundelt en doorstuurt naar de head-unit. Op dit moment gebruikt het Look/Polar pedaal zijn eigen transmissieprotocol en er is nog geen enkele andere fabrikant die een compatibele head-unit aanbiedt. Vroege rapporten over de nieuwe Look pedalen bevestigen dat de oriëntatie van de pedalen kritisch is: omdat de spindel van een pedaal klein is, kan een kleine absolute fout in de uitlijning een grote relatieve fout zijn in de hoekoriëntatie.
De iBike kiest voor een heel andere aanpak: het berekent indirect het vermogen. Dat wil zeggen dat je een bepaalde hoeveelheid vermogen nodig hebt om veranderingen in potentiële energie (klimmen of dalen) te overwinnen, voor veranderingen in kinetische energie (versnellen of vertragen), om de aërodynamische weerstand (inclusief de wind) en de weerstand van de rolweerstand te overwinnen, dus als je de grondsnelheid kent, gradiënt, windsnelheid, uw totale massa (u plus fiets en alle apparatuur) en dan gecombineerd met schattingen van de coëfficiënten van de rolweerstand (Crr) en van de luchtweerstand en het oppervlak van de voorkant (CdA of drag) kunt u het totale vermogen berekenen (zie bijvoorbeeld hier ). In essentie richten de andere vermogensmeters op de markt zich op de “aanbodzijdevergelijking” door het vermogen te meten dat door de rijder ergens langs de aandrijflijn wordt geleverd; de iBike richt zich op de “vraagzijde” door het vermogen te meten eiste om de fiets te verplaatsen tegen de wind in, de helling en andere sleepkrachten. Onder normale omstandigheden kan dit vrij (misschien zelfs verrassend) nauwkeurig zijn, hoewel de precisie van het op deze manier geschatte vermogen niet zo goed is – de iBike gaat ervan uit dat het aërodynamische belemmeringsgebied (ook wel CdA genoemd) constant is, dus als de rijder van positie verandert (bijvoorbeeld van de druppels naar de toppen van de balken) of als de windsnelheid verschilt omdat de gierhoek verandert, zal de vermogensschatting uit zijn. In het algemeen is aangetoond dat de iBike vrij nauwkeurig is voor heuvelklimmen; minder voor rolcircuits of het rijden in een pakje, dus de totale nauwkeurigheid zal afhangen van de exacte mix van het rijden en de variabiliteit in de richting van de wind. Net als bij de oude Polar en Ergomo, die niet gebaseerd zijn op de rekgrens, kan de iBike niet statisch worden gecontroleerd op nauwkeurigheid of precisie; erger nog, noch kan de iBike worden gecontroleerd op een dynamisch systeem in een laboratorium, omdat het afhankelijk is van de hellingshoek en de windsnelheid. Controles van de iBike zijn uitgevoerd in het veld wanneer rijders een andere vermogensmeter op dezelfde fiets hebben gemonteerd en de twee datastromen hebben vergeleken.
Er zijn een paar “gelijktijdige” vergelijkingen van de nauwkeurigheid van de vermogensmeter geweest waarbij één rijder twee of meer vermogensmeters op de fiets heeft gemonteerd en gestructureerde of ongestructureerde ritten heeft gemaakt. U kunt een dergelijke “Rosetta Stone” vergelijking zien hier en hier .
In het algemeen zijn alle commercieel verkrijgbare vermogensmeters nauwkeurig (en soms nauwkeurig) geweest wanneer ze opnieuw werden aangepast en onder ideale omstandigheden presteerden. De omstandigheden zijn echter niet altijd ideaal en de onderdelen raken beschadigd, vervuild en gaan achteruit. Als nauwkeurigheid en precisie belangrijk zijn, dan is de “ontwerp”-nauwkeurigheid (gebaseerd op rekstrookjes, optische sensoren, magnetische sensoren of windsnelheidssensoren) slechts het halve werk: net zo belangrijk is de mogelijkheid om een vermogensmeter thuis te controleren, zodat u kunt zien wanneer ze uit zijn.