Cosa misurano esattamente? Come lo misurano? Quali sono le implicazioni dei diversi approcci sulla precisione/velocità di una buona misura?
Sarebbe utile se qualcuno potesse dare una risposta che spiegasse come i misuratori a mozzo come il PowerTap differiscono dai misuratori a manovella come il Quarq che differiscono dagli altri.
Ci sono diversi tipi di contatori di potenza sul mercato e ognuno misura qualcosa di leggermente diverso per poter fare le proprie stime. Inoltre, il modo in cui misurano ciò che misurano ha implicazioni per la loro accuratezza. Qui di seguito discuto ciò che i modelli principali misurano, come lo misurano e le implicazioni per la precisione.
La potenza è la velocità del lavoro (quindi è necessario conoscere la quantità di lavoro e l'arco di tempo in cui quel lavoro viene svolto), e il lavoro è una forza esercitata su una distanza, quindi ogni misuratore di potenza ha un modo diverso di misurare quelle forze e, a causa dei brevetti, ognuno ha scelto di misurarle in un “luogo” diverso. “Con l'eccezione dell'iBike, la maggior parte dei misuratori di potenza misura le forze da qualche parte lungo la trasmissione: lavorando dalla parte posteriore a quella anteriore, il PowerTap (e il vecchio Look MaxOne) misura al mozzo posteriore, i vecchi sistemi Polar misurati lungo la catena, il Quarq, SRM, Rotor, e Power2Max misura al ragno dell'anello anteriore della catena, il nuovo Look/Polar e Garmin Metrigear (finora, annunciato ma inedito) misura al mandrino del pedale, il (annunciato ma inedito) Brim Brothers misura alla ganascia, l'Ergomo misura al movimento centrale, e lo Stages misura alla pedivella sinistra. L'iBike misura in un modo completamente diverso, discusso di seguito. Una conseguenza della misurazione in vari punti lungo la trasmissione è che le perdite della trasmissione saranno (o non saranno) contabilizzate in misura diversa; per esempio, un PowerTap di solito è più basso di un SRM poiché uno è "a monte” della maggior parte delle perdite della trasmissione mentre l'altro è “a valle”. Questa differenza è più una questione di definizione che di “accuratezza” (nel senso che “il reddito lordo o il reddito netto è una misura più "accurata” del reddito? A meno che non si abbia in mente un uso specifico, è difficile dire quale sia più “accurato”).
La maggior parte dei misuratori di potenza sul mercato utilizza estensimetri, che sono piccole strisce di lamina sottile la cui conduttanza elettrica e resistenza varia a seconda della deformazione. Gli estensimetri sono usati in molte applicazioni (come i ponti) e le loro proprietà sono ben comprese. In generale, gli estensimetri sono combinati in una “rosetta” o “ponte di Wheatstone” al fine di produrre più accuratezza e precisione (più estensimetri producono solitamente risultati migliori), e, quando operano correttamente il Power Tap, il Quarq, e l'SRM sono solitamente accurati entro un paio di percento (e, altrettanto importante, con alta precisione); ciò è stato verificato sia staticamente (usando pesi noti appesi alla manovella) che dinamicamente (usando un grande tamburo rotante alimentato in laboratorio). Le forze sono poi combinate con una misura della velocità angolare o della velocità per ottenere la potenza. Una virtù degli estensimetri è che la variazione della resistenza può essere misurata anche quando il dispositivo è fermo, in modo che il ciclista possa misurare l'accuratezza dei misuratori di potenza basati sugli estensimetri a casa, appendendo alla manovella pesi di una massa nota. Un problema comune con l'approccio agli estensimetri, tuttavia, è che essi possono essere sensibili alle variazioni di temperatura e quindi devono essere “azzerati” prima (e talvolta, durante) le corse. Il vecchio Look MaxOne, il tallone d'Achille del vecchio Look MaxOne era l'impermeabilità, non gli estensimetri o il metodo di misura. Per esempio, il Power2Max originale (ed il vecchio modello SRM “Amateur” SRM fuori produzione) usa meno estensimetri degli attuali modelli PowerTap, Quarq, o SRM e le relazioni degli utenti (successivamente ammesse dal produttore) hanno dimostrato che esso era più sensibile alla deriva della temperatura durante una corsa rispetto agli altri. Il Power2Max è stato riprogettato e aggiornato alla fine del 2012 e i rapporti indicano che il problema della temperatura è stato ampiamente affrontato. Una caratteristica rivendicata degli Stages è che è stato progettato intorno alla compensazione automatica della temperatura - all'inizio del 2013 questa rivendicazione è ancora in fase di valutazione da parte degli utenti ed è troppo presto per sapere se il loro approccio fa quello che afferma.
Il vecchio misuratore di potenza Polar misurava la forza trasmessa lungo la catena dalla tensione della catena, e includeva un sensore di velocità della catena per ottenere un lavoro totale. In una catena una forza più elevata trasmessa lungo la catena determina una tensione più elevata, e la tensione può essere misurata dalla frequenza di risonanza dell'oggetto (per esempio, pizzicare un raggio molto teso con l'unghia produce un tono ad alta frequenza mentre pizzicare un raggio sciolto produce un tono basso). A parte la storia, il prototipo di prova del sensore di tensione della catena polare è stato il pickup di una chitarra elettrica. Il sensore di velocità della catena si adattava ad una delle ruote del deragliatore e poteva contare gli “impulsi” nel campo magnetico al passaggio dei rivetti della catena; poiché i rivetti della catena sono a distanza nota, la velocità della catena era facilmente calcolabile. Per quanto riguarda la precisione, quando il Polar funzionava bene, era molto buono; tuttavia, quando non lo era, era molto cattivo. Peggio ancora, spesso era difficile capire quando era cattivo. La caduta del vecchio contatore di potenza del Polar era triplice: 1) il Il sensore di tensione della catena doveva essere vicino alla catena, cosa difficile da ottenere poiché la catena a volte doveva trovarsi nell'anello della catena grande o piccola o nel pignone posteriore grande o piccolo; 2) il sensore di velocità della catena a volte veniva sovraccaricato e forniva false letture di velocità; e 3) la resistenza alle intemperie incompleta in parte a causa dei fili esposti e di una “capsula” mal sigillata.
Il misuratore di potenza basato sulla staffa inferiore Ergomo utilizzava un sensore ottico e una serie di “fori di sbirciatura” per misurare la torsione nel movimento centrale. Una strana caratteristica di questo design è che poteva misurare solo la forza (torsionale) che viaggiava attraverso il movimento centrale; quindi, misurava solo la potenza apportata dalla gamba sinistra: per ottenere la potenza totale, raddoppiava il contributo della gamba sinistra. In concomitanza con la difficoltà di installazione e taratura dell'Ergomo (doveva essere installato _ esattamente così_), questa dipendenza dalla simmetria bilaterale tra le gambe era la campana a morto dell'Ergomo. Il misuratore di potenza degli Stages misura in modo simile la forza per deformazione nella manovella sinistra, e raddoppia la “sinistra” per arrivare ad una stima della potenza totale. La ricerca con i pedali di forza strumentati mostra che l'asimmetria bilaterale nella produzione di potenza tra la gamba destra e la sinistra è la norma - peggio, la ricerca mostra che l'asimmetria può cambiare con il livello di sforzo. Tuttavia, alcuni ciclisti sono disposti ad accettare questa imprecisione e imprecisione intrinseca.
Poiché né i vecchi misuratori di potenza Polar né Ergomo utilizzavano estensimetri, la loro accuratezza e precisione non potevano essere controllati staticamente sul campo dal ciclista; potevano essere controllati solo dinamicamente (o contro un altro misuratore di potenza noto-calibrato).
Gli inediti misuratori di potenza a pedale o a tacchetta della Garmin Metrigear e della Brim Brothers si dice che utilizzino sensori piezoelettrici ed accelerometri a stato solido piuttosto che estensimetri a foglio, ma fino a quando non raggiungono il mercato tutte le affermazioni sulla precisione o accuratezza devono essere prese con grani di sale. Un problema interessante nella progettazione di un misuratore di potenza a pedale o a tacchetta è che la direzione della forza e la posizione del fuso del pedale devono essere note: per esempio, se si aggiunge una forza verso il basso alla base della corsa del pedale, questa è una forza sprecata poiché non aiuta a muovere la manovella nella direzione corretta; allo stesso modo, se si preme verso il basso (anche se leggermente) sulla corsa verso l'alto, ciò annullerà parte della forza esercitata dall'altra gamba sulla sua corsa verso il basso. Tenere traccia dei vari vettori di forza è quindi fondamentale per ottenere una precisione e un'accuratezza affidabile. In una certa misura, il misuratore di potenza dello Stage può anche essere occasionalmente suscettibile ad un problema correlato: lo Stage utilizza un accelerometro a stato solido nel pedale (simile agli accelerometri a stato solido che si possono trovare negli smartphone) per determinare la sua posizione. I primi modelli di produzione degli Stages erano afflitti da misurazioni imprecise della posizione del pedale, quindi anche la velocità del pedale era imprecisa - e questo ha avuto ripercussioni sulla precisione delle stime finali della potenza.
Il misuratore di potenza Look/Polar, recentemente rilasciato (a gennaio 2012), usa estensimetri disposti lungo il mandrino del pedale, e ogni pedale deve essere installato con cura in modo che i pedali sappiano in quale direzione vengono applicate le forze – uno speciale strumento viene fornito con i pedali per aiutare l'orientamento. Per semplificare la conversione delle forze misurate in valori di coppia, il pedale Look/Polar permette di utilizzare solo quattro diverse lunghezze di pedivelle: 170 mm, 172,5 mm, 175 mm e 177,5 mm. Le pedivelle più corte di 170mm non sono attualmente supportate. Un pedale è il “master” e l'altro è lo “slave”; il pedale slave trasmette le informazioni al master che poi raggruppa i dati di entrambi i pedali e li inoltra all'unità principale. Al momento, il pedale Look/Polar utilizza un proprio protocollo di trasmissione e nessun altro produttore ha ancora firmato per fornire unità principali compatibili. I primi rapporti sui nuovi pedali Look confermano che l'orientamento dei pedali è critico: poiché il fuso di un pedale è piccolo, un piccolo errore assoluto di allineamento può essere un grande errore relativo nel suo orientamento angolare.
La iBike adotta un approccio completamente diverso: calcola la potenza in modo indiretto. Cioè, è necessaria una certa quantità di potenza per superare i cambiamenti di energia potenziale (in salita o in discesa), per i cambiamenti di energia cinetica (in accelerazione o in decelerazione), per superare la resistenza aerodinamica (incluso il vento) e la resistenza al rotolamento, quindi se si conosce la velocità al suolo, gradiente, velocità del vento, la vostra massa totale (voi più la bicicletta e tutte le attrezzature) poi combinati con le stime dei coefficienti di resistenza al rotolamento (Crr) e della resistenza aerodinamica e della superficie frontale (CdA o area di trascinamento) è possibile calcolare la potenza complessiva (vedi, per esempio, qui ). In sostanza, gli altri misuratori di potenza presenti sul mercato si concentrano sull’“equazione del lato dell'offerta” misurando la potenza fornita dal pilota da qualche parte lungo la trasmissione; l'iBike si concentra sul “lato della domanda” misurando la potenza ha chiesto di spostare la moto contro vento, pendenza e altre forze di trascinamento. In condizioni normali, questo può essere abbastanza (forse anche sorprendentemente) accurato, anche se la precisione della potenza stimata in questo modo non è altrettanto buona - l'iBike presuppone che l'area di resistenza aerodinamica (aka CdA) sia costante, quindi se il pilota cambia posizione (ad esempio, spostandosi dalle gocce alla parte superiore della barra) o se la velocità del vento differisce perché cambia l'angolo di imbardata, la stima della potenza sarà spenta. In generale, l'iBike ha dimostrato di essere abbastanza preciso per le salite in collina; meno per i corsi di rotolamento o per la guida in pack, quindi la precisione complessiva dipenderà dall'esatto mix di guida fatta e dalla variabilità nella direzione del vento. Come per il vecchio Polar e l'Ergomo non basato su estensimetri, l'iBike non può essere controllato staticamente per l'accuratezza o la precisione; peggio, né può essere controllato su un impianto dinamico in laboratorio, poiché dipende dalla pendenza e dalla velocità del vento. I controlli dell'iBike sono stati eseguiti sul campo quando i piloti hanno montato un altro misuratore di potenza sulla stessa moto e hanno confrontato i due flussi di dati.
Ci sono stati alcuni confronti “simultanei” della precisione del misuratore di potenza dove un pilota ha montato due o più misuratori di potenza sulla moto e ha fatto delle corse strutturate o non strutturate. Si può vedere uno di questi confronti “Rosetta Stone” qui e qui .
In generale, tutti i misuratori di potenza commercialmente rilasciati sono stati accurati (e a volte precisi) quando sono stati regolati di recente e si sono comportati in condizioni ideali. Tuttavia, le condizioni non sono sempre ideali e le parti si danneggiano, si sporcano e si deteriorano. Se l'accuratezza e la precisione sono importanti, allora l'accuratezza “di progetto” (sia che si basi su estensimetri, sensori ottici, sensori magnetici o sensori di velocità del vento) è solo metà della battaglia: altrettanto importante è la capacità di verificare un misuratore di potenza a casa in modo da poter capire quando sono spenti.