Що саме вони вимірюють? Як вони вимірюють це? Які наслідки мають різні підходи до точності / швидкості отримання хорошої міри?
Було б корисно, якби хтось міг дати відповідь, яка пояснює, чим лічильники на базі концентраторів, як PowerTap, відрізняються від лічильників на основі кривошипа, як Quarq, які відрізняються від інших.
Відповіді:
На ринку існує кілька різних типів лічильника електроенергії, і кожен вимірює дещо інше, щоб зробити свої оцінки. Крім того, те, як вони вимірюють те, що вони вимірюють, впливає на їх точність. Нижче я обговорюю, що вимірюють основні моделі, як вони вимірюють, і наслідки для точності.
Потужність - це швидкість роботи (тому потрібно знати кількість роботи та проміжок часу, протягом якого ця робота виконується), а робота - це сила, що здійснюється на відстані, тому кожен вимірювач потужності має різний спосіб вимірювання цих сили, і через патенти кожен вирішив виміряти їх в іншому "місці".
За винятком iBike, більшість лічильників потужності вимірюють сили десь уздовж приводного поїзда: працюючи ззаду на фронт, PowerTap (і старий Look MaxOne) вимірює задній маточник, старі Полярні системи вимірюються по ланцюгу, вимірювання Quarq, SRM, Rotor та Power2Max у павука переднього ланцюга, нові Look / Polar та Garmin Metrigear (поки що оголошено, але не випущено) міру на шпинделі педалі, (оголошено, але не випустило) заходи Brim Brothers на гачці взуття Ергомо вимірюється в нижній частині кронштейна, а Етап - у лівій кривошипці. Заходи iBike зовсім іншим способом, про які йшлося нижче. Одним із наслідків вимірювання в різних точках уздовж приводного руху є те, що втрати приводних поїздів будуть (або не будуть) обліковуватися в різній мірі; наприклад, PowerTap, як правило, читає нижче, ніж SRM, оскільки один є "вище за течією" більшості втрат на поїзді, а інший - "нижче за течією". Ця різниця є скоріше певним питанням, ніж суворим питанням "точності" (у сенсі "чи валовий дохід чи чистий дохід - більш" точний "показник доходу? Якщо ви не маєте конкретного використання на увазі, важко це зробити скажіть, що є більш "точним").
Більшість лічильників електроенергії на ринку використовують тензодатчики, це невеликі тонкі смужки з фольги, електрична провідність та опір яких змінюються в міру їх деформації. Тензодатчики використовуються в багатьох областях застосування (наприклад, мости), і їх властивості добре зрозумілі. Як правило, тензодатчики поєднуються в "розетку" або "міст пшеничного каменю", щоб забезпечити більшу точність і точність (більше тензодатчиків, як правило, дають кращі результати), і при правильній роботі, як правило, кнопки Power, Quarq і SRM зазвичай точні з точністю до декількох відсотків (і, що важливо, з високою точністю); це було перевірено як статично (використовуючи відомі ваги, вивішені на кривошипі), так і динамічно (використовуючи великий прокатний барабан у лабораторії). Потім сили поєднуються з вимірюванням кутової швидкості або швидкості для отримання потужності. Гідність тензорезисторів полягає в тому, що зміна опору може бути виміряна навіть тоді, коли пристрій нерухомий, тому велосипедист може виміряти точність лічильників потужності на базі тензорезисторів вдома, повісивши ваги відомої маси на кривошип. Однак загальною проблемою підходу до деформації є те, що вони можуть бути чутливими до перепадів температури і тому їх потрібно "повторно занулювати" перед (а іноді і під час) їзди. Старий ахілесовий каблук Look MaxOne був водонепроникним, а не тензодатчиком або методом вимірювання. Наприклад, в оригінальній Power2Max (і в старій відміненій моделі SRM "Amateur") використовується менша кількість напруг, ніж у поточних PowerTap, Quarq, або SRM-моделі та звіти від користувачів (згодом визнані виробником) показали, що він більш чутливий до перепадів температури під час їзди, ніж інші. Power2Max було перероблено та оновлено наприкінці 2012 року. Звіти свідчать про те, що проблема температури була значною мірою вирішена. Стверджувана особливість Етапів полягає в тому, що він розроблений на основі автоматичної компенсації температури - станом на початок 2013 року цю заяву все ще оцінюють користувачі, і зарано знати, чи робить їхній підхід те, що він вимагає.
Старий Полярний вимірювач потужності вимірював силу, передану по ланцюгу, шляхом натягу ланцюга, і включав датчик швидкості ланцюга для отримання загальної роботи. У ланцюзі більша сила, що передається по ланцюгу, призводить до більшого натягу, і натяг можна виміряти за резонансною частотою об'єкта (наприклад, вищипування високого натягу спиці за допомогою нігтя виробляє тон високої частоти, тоді як вищипування нещільного спиці виробляє низький тон). Як історичний бік, прототипом перевірки концепції для датчика напруги ланцюга Polar був пікап з електрогітари. Датчик швидкості ланцюга помістився на одному з жокейних коліс перемикача і міг рахувати «імпульси» в магнітному полі, коли проходили заклепки ланцюга; оскільки ланцюги ланцюга - відома відстань, швидкість ланцюга легко була обчислена. Що стосується точності, коли Полярний працював добре, це було дуже добре; Однак, коли це не було, то було насправді дуже неслухняно. Гірше, що часто було важко сказати, коли це неслухняно. Падіння старого Полярного лічильника потужності було триразовим: 1) датчик натягу ланцюга потрібно було близько до ланцюга, чого було важко досягти, оскільки ланцюг іноді повинен був знаходитися у великому або малому ланцюговому кільці або великому або невеликий задній гвинтик; 2) датчик ланцюгового ходу іноді перевантажувався і давав помилкові показання швидкості; і 3) неповна атмосферостійкість частково через оголених проводів та погано герметичного «стручка». чого було важко досягти, оскільки ланцюг іноді повинен був знаходитися у великому або малому кільці ланцюга або великому чи малому задньому гвинтику; 2) датчик ланцюгового ходу іноді перевантажувався і давав помилкові показання швидкості; і 3) неповна атмосферостійкість частково через оголених проводів та погано герметичного «стручка». чого було важко досягти, оскільки ланцюг іноді повинен був знаходитися у великому або малому ланцюговому кільці або великому чи малому задньому гвинтику; 2) датчик ланцюгового ходу іноді перевантажувався і давав помилкові показання швидкості; і 3) неповна атмосферостійкість частково через оголених проводів та погано герметичного «стручка».
Вимірювач потужності на основі нижньої дужки Ergomo використовував оптичний датчик і серію "заглянених отворів" для вимірювання кручення в нижній дужці. Дивна характеристика цієї конструкції полягає в тому, що вона могла вимірювати лише (кручену) силу, що рухається через нижній кронштейн; таким чином, він вимірював лише потужність, яку вносить ліва нога: щоб отримати загальну потужність, він подвоїв внесок лівої ноги. У поєднанні з труднощами в установці та калібруванні Ergomo (його потрібно було встановити саме так), ця залежність від двосторонньої симетрії між ніг стала смертельним колом для Ергомо. Лічильник потужності стадії аналогічно вимірює силу за допомогою деформації в лівому кривошипі і подвоює "лівий", щоб досягти оцінки загальної потужності. Дослідження за допомогою інструментальних педалей сили показують, що двостороння асиметрія у виробництві електроенергії між правою та лівою ногами є нормою - ще гірше, дослідження показують, що асиметрія може змінюватись із рівнем зусиль. Однак деякі вершники готові прийняти цю властиву їм неточність і неточність.
Оскільки ні старі вимірювачі потужності Полярного, ні Ергомо не використовували тензорезистори, їхню точність та точність велосипедист не міг статично перевірити; їх можна було перевірити лише динамічно (або проти іншого відомого каліброваного вимірювача потужності).
По чутках, що не випускаються Garmin Metrigear та Brim Brothers, лічильники потужності педалей чи чисті педалі використовують п'єзоелектричні датчики та твердотільні акселерометри, а не датчики деформації з фольги, але до тих пір, поки вони не надійдуть на ринок, усі претензії щодо точності чи точності слід приймати із зернами солі. Цікавою проблемою в дизайні вимірювача потужності на основі педалей або кнопок є те, що слід знати напрям сили та положення шпинделя педалі: наприклад, якщо ви додаєте силу вниз внизу ходу педалі, витрачається сила, оскільки вона не допомагає рухати кривошип в правильному напрямку; Аналогічно, якщо ви натиснете (хоч і трохи) на ході удару, це скасує частину сили, яку чинить інша нога на її удар. Отже, відстеження різних векторів сили є ключовим фактором для отримання надійної точності та точності. Певною мірою вимірювач потужності Stage також може періодично спричиняти пов'язані з цим проблеми: Етапи використовують твердотільний акселерометр у педалі (подібно до твердотільних акселерометрів, які можна знайти в смартфонах) для визначення його положення. Ранні виробничі моделі Етапів зазнавали неточних вимірів положення педалі, тому швидкість педалі також була неточною - і це мало наслідки для точності остаточних оцінок потужності.
Нещодавно випущений (станом на січень 2012 р.) Вимірювач потужності Look / Polar використовує деформатори, розміщені вздовж шпинделя педалі, і кожну педаль потрібно ретельно встановити, щоб педалі знали, в якому напрямку застосовуються сили - спеціальний інструмент постачається разом із педалі для допомоги в орієнтації. Для спрощення перетворення виміряних сил у величини крутного моменту педаль Look / Polar дозволяє використовувати лише чотири різні довжини кривошипа: 170 мм, 172,5 мм, 175 мм і 177,5 мм. В даний час не підтримуються кривошипи, коротші за 170 мм. Одна педаль - «господар», а друга - «раб»; ведений педаль передає інформацію ведучому, який потім зв'язує дані з обох педалей і передає її в головний блок. На даний момент педаль Look / Polar використовує власний протокол передачі, і жоден інший виробник ще не підписався для забезпечення сумісних головних пристроїв. Ранні звіти про нові педалі Look підтверджують, що орієнтація педалей є критичною: оскільки шпиндель педалі невеликий, невелика абсолютна похибка вирівнювання може бути великою відносною помилкою в її кутовій орієнтації.
IBike використовує зовсім інший підхід: він обчислює потужність опосередковано. Тобто вам потрібна певна кількість сили, щоб подолати зміни потенційної енергії (сходження або спускання), для зміни кінетичної енергії (прискорення або уповільнення), подолання аеродинамічного перетягування (включаючи вітер) і перетягування з опору кочення, тому якщо ви знайте швидкість наземного руху, градієнт, швидкість вітру, вашу загальну масу (ви плюс велосипед та все спорядження), а потім у поєднанні з оцінками коефіцієнтів опору кочення (Crr) та аерозахисту та площі передньої поверхні (CdA або область перетягування) ви можете розрахувати. загальну потужність (див., наприклад, тут). По суті, інші лічильники електроенергії на ринку зосереджуються на «рівнянні сторони живлення», вимірюючи потужність, що подається мотоциклістом десь уздовж приводного поїзда; iBike фокусується на "стороні попиту", вимірюючи потужність, необхідну для переміщення велосипеда проти вітру, градієнта та інших сил тягнення. У нормальних умовах це може бути досить (можливо, навіть напрочуд) точним, хоча точність оціненої таким чином потужності не настільки хороша - iBike передбачає, що аеродинамічна область перетягування (aka CdA) є постійною, тому якщо гонщик зміни положення (скажімо, перехід від крапель до вершини штанги) або якщо швидкість вітру відрізняється через те, що кут похилення змінюється, оцінка потужності буде вимкнена. Взагалі, iBike виявився досить точним для підйомів на гору; менше - для курсів катання на конях або для катання на велосипеді, тому загальна точність буде залежати від точної суміші виконаної їзди та змінності напрямку вітру. Як і у випадку зі старим Polar та Ergomo на базі датчиків без напруги, iBike статично не може перевірятись на точність чи точність; гірше, і його не можна перевірити на динамічній установці в лабораторії, оскільки це залежить від градієнта і швидкості вітру. Перевірки iBike проводилися на місцях, коли вершники встановили інший лічильник потужності на цьому ж велосипеді та порівняли два потоки даних.
Було кілька «одночасних» порівнянь точності лічильника потужності, коли один вершник встановив два та більше лічильники потужності на велосипеді та пішов на структуровані чи неструктуровані їзди. Одне таке порівняння "Камінь розетки" можна побачити тут і тут .
Взагалі, всі комерційно випущені лічильники електроенергії були точними (а іноді і точними) при новому налаштуванні та роботі в ідеальних умовах. Однак умови не завжди ідеальні, і деталі пошкоджуються, забруднюються та погіршуються. Якщо точність і точність важливі, то "проектна" точність (чи то заснована на тензодатчиках, оптичних датчиках, магнітних датчиках або датчиках швидкості вітру) - це лише половина бою: не менш важливою є можливість перевірити лічильник потужності вдома, щоб ви може сказати, коли вони вимикаються.
Це зображення першого лічильника електроенергії SRM було мені цікавим:
Кривошип встановлений як важіль (обертається навколо шпинделя) - чим сильніше натискаєш на педаль, тим більше згинається деформація , вихід якої використовується як частина обчислення потужності (як краще описано в іншому відповіді!)
Багато сучасних лічильників електроенергії - це, по суті, уточнення цієї концепції
По суті, лічильники потужності працюють за допомогою вимірювання сили (або крутного моменту) та швидкості.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_(physics)#Mechanical_power
P(t) = F(t) * v(t)
Іншими словами:
Power = Force * velocity
Педаль або лічильник потужності, що базується на кривошипі, вимірюють, скільки крутного моменту подано на кривошипи. Це в поєднанні з вашою каденцією дає потужність (додайте час, і ви виконали загальну роботу).
Вимірювач потужності на базі концентратора вимірює крутний момент, що подається на ступицю приводу, і поєднує цей коефіцієнт зі швидкістю чи обертанням колеса, щоб зробити таку саму основну математику та обчислити вихідну потужність.
В основному, один вимірює потужність, що надходить у привід, інший вимірює потужність, що виходить з приводу. Якби у вас було обоє, лічильник потужності концентратора мав би показувати дещо менший обсяг енергії через втрату потужності в приводі. Проте велосипедний привід дуже ефективний (особливо, коли він добре підтримується), тому я б не турбувався про дуже малу різницю. Певною мірою це може залежати від того, чи дбаєте ви більше про свою потужність або потужність всієї системи велосипедистів + велосипедів.
Фактичний основний фізичний механізм - це, мабуть, тензодатчик, що складається з тонкого дроту, який проходить зигзагом над балкою, який злегка згинається при застосуванні сили. Згинання проводів змінює електричний опір. http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge
Я також чув про лічильники потужності, які вимірюють силу на педалі. Я припускаю, що їм потрібно сказати довжину кривошипів. Я також чув про системи, які вимірюють вібрацію ланцюга для обчислення напруги на ланцюзі, щоб отримати інформацію про силу / крутний момент для обчислення вихідної потужності.