KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Otázky správnosti měření v praxi III: nekompatibilita některých používaných jednotek

Otázky správnosti měření v praxi III: nekompatibilita některých používaných jednotek

Nekompatibilita měrných jednotek není jen problémem anglosaského světa, kde způsobuje značné hospodářské škody a stojí v pozadí některých technických havárií. Třetí díl článku poukazuje na nekompatibilitu některých jednotek i v místních podmínkách a na nebezpečí s tím spojená. Věnuje se také zajímavému jevu, kdy se pod vlivem EU někdy vracíme k nedoporučeným jednotkám, které již byly před časem opuštěny a zapomenuty.

1. Metrická konvence a mezinárodní soustava SI

Pro vyjádření výsledků měření se ve světovém společenství v minulosti používalo několik tisíc měrných jednotek. Rozvoj techniky, vznik mnoha nových vědních oborů a rozšíření vnitřního a zejména mezinárodního obchodu si nutně vyžádaly jejich určité sjednocení – unifikaci. První úspěšný pokus o sjednocení měr v mezinárodním měřítku prosadili aktéři francouzské revoluce koncem 18. století zavedením zárodku metrické soustavy, která se díky Napoleonovým výbojům rozšířila do velké části Evropy. Další mezník ve sjednocování jednotek představovalo přijetí Metrické konvence (Dohoda o metru), kterou 20. května 1875 podepsali zástupci sedmnácti vlád tehdy existujících států, včetně tehdejšího Rakouska-Uherska, a která dala základ rozšíření metrické soustavy jednotek do mnoha zemí světa.

Dlouholeté úsilí členů Metrické konvence, jejich výkonných a pomocných orgánů a dalších normalizačních a oborových mezinárodních i národních organizací, jako jsou např. Mezinárodní organizace pro standardizaci ISO, Mezinárodní unie čisté a aplikované fyziky IUPAP, Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie IUPAC, Mezinárodní organizace legální metrologie OIML, Mezinárodní elektrotechnická komise IEC, Evropský výbor pro normalizaci CEN, Evropský institut pro normalizaci v telekomunikacích ETSI, Národní institut pro normy a techniku USA NIST, vedlo k přijetí jednotek jednotného metrického měrového systému SI, jehož používání se podařilo rozšířit do celého světa. Z mezinárodně důležité a progresivní soustavy jednotek se tedy stala soustava v podstatě celosvětová a univerzální, umožňující jednotnost měření s náležitou přesností a na patřičné úrovni a zajišťující celosvětovou srozumitelnost údajů, v nichž vystupují fyzikální jednotky.

Tento měrový systém se stal základem mnoha zákonných opatření ve všech vyspělých zemích světa. Výjimku již nečiní ani Velká Británie a USA, které do roku 1960, kdy byla soustava SI na jedenácté Generální konferenci pro váhy a míry (CGPM – Conference Générale des Poids et Mesures) přijata, k metrické soustavě nepřistoupily, ačkoliv členy Konvence se USA staly v roce 1878 a Velká Británie v roce 1884.

1.1 Metrická konvence v anglosaských zemích
Vývoj v používání metrického systému v těchto dvou vyspělých zemích, které používaly britsko-americký (anglosaský) měrový systém, byl velmi zajímavý. Ve Velké Británii bylo povoleno používání metrického systému v určitých oblastech již od roku 1864, ale zákonem byl metrický systém přijat až o celé století později, v roce 1965, a přechod na metrizaci byl úředně ukončen v roce 1995. Od 1. 1. 2000 přestaly tradiční míry a váhy (palce, stopy, jardy, míle, libry apod.) oficiálně existovat a začala definitivně platit metrická soustava. Některé imperiální jednotky se používají dále ze zvyku a částečně úředně paralelně k metrickým jednotkám i dnes. V USA se metrický systém stal legálním, ale nezávazným, již od roku 1866, doporučený pro obchod a služby je od roku 1975 a povinný od roku 1996. Do této kategorie zemí spadají bývalé i současné státy Společenství národů (Commonwealth), kde např. v Indii je metrický systém používán od roku 1956 jako nezávazný, v Austrálii od roku 1970 také jako nezávazný, Kanada zavedla metrický systém v roce 1871, ale plně jej přijala až v roce 1970. Ve všech uvedených zemích metrizace stále probíhá, což lze dokumentovat např. na učebnicích vydaných v poslední době v USA, kde jsou údaje pro konkrétní řešené příklady uváděny někdy v jednotkách SI, někdy v jednotkách amerického měrového systému. Metrizace postupuje i v dalších zemích světa, které metrický systém přijaly relativně nedávno.

V současné době je možné říci, že Mezinárodní soustavu jednotek SI používá v zákonné nebo doporučené podobě převážná většina zemí světa. Uvádí se, že systém SI není v žádné podobě zaveden v Bangladéši, Libérii a v Myanmaru (Barmě) a ve státech Katar, Belize, Sierra Leone, v čínském Hongkongu a ve Spojených arabských emirátech zavádění systému jednotek SI probíhá.

1.2 Metrická konvence na území České republiky
Na území současné České republiky byla metrická soustava měr a vah včetně zásad pro realizaci přechodného období zavedena již zákonem Rakouska-Uherska č. 16 ze dne 23. července 1871, který byl publikován v Reichs-Gesetz-Blatt na rok 1872, tedy ještě před podpisem mezinárodní Metrické konvence. Tento zákon stanovoval materiály na zhotovení měrných nádob, jejich rozměry a tvary, způsob cejchování, měrné tolerance apod. Přihlížel i k náročnosti přechodného období a stanovoval, že nové normy v případě, že se tak dohodnou kupující s dodavateli, nabudou platnosti od 1. 1. 1873. Ve veřejném životě však nová metrická soustava začala platit výhradně od 1. ledna 1876, tedy ve stejném dni, od kdy vstoupila v platnost i Metrická konvence. Na našem území je tedy metrický systém dlouhodobě všeobecně používán. Mezinárodní soustava jednotek SI, tedy metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin a kandela, byla v ČSR doporučena k užívání již od 1. 6. 1958 v ČSN 01 1301. Zákonem č. 35/1962 Sb., o měrové službě, který byl doplněn zákonem č. 57/1975 Sb., byly jednotky soustavy SI pro ČSSR přijaty jako závazné a zavedeny normou ČSN 01 1300 Zákonné měrové jednotky, účinnou od 3. 1. 1963, která byla několikrát revidována. Tato norma se stala základním technickým předpisem, podle něhož se uskutečňoval přechod na Mezinárodní soustavu jednotek SI v ČSSR. Z mezinárodních dohod a usnesení vycházelo i usnesení vlády ČSSR č. 7 ze 17. 1. 1974, které se týkalo zejména jednotek SI ve vztahu k dokumentaci nových výrobků, měřidel v provozu, dopravních značek, nápisů, různých atestů apod. Hlavní interval přechodu na nové jednotky byl stanoven od 1. 1. 1975 do 31. 12. 1979. V ČSSR šlo v podstatě pouze o dokončení přechodu na SI, protože převážná většina jednotek soustavy SI se u nás již běžně používala, některé již mnoho let.

Používání Mezinárodní soustavy SI bylo u nás znovu potvrzeno zákonem o metrologii č. 505/1990 Sb. [1] v jeho platném znění a vyhláškou MPO č. 264/2000 Sb. [2]. Podle zákona č. 505/1990 Sb. jsou subjekty a orgány státní správy povinny používat základní měřicí jednotky mezinárodní soustavy SI, jejich označování, násobky a díly stanovené vyhláškou a ostatní jednotky a jejich označování, definice, násobky a díly stanovené vyhláškou. V mezinárodním styku lze použít měřicí jednotky odpovídající mezinárodním obchodním zvyklostem. Ve vyhlášce č. 264/2000 Sb. jsou mimo jiné uvedeny jednotky povolené pouze ve specializovaných oblastech – mmHg, ar, karát, dioptrie, tex, barn.

2. Problémy s nekompatibilitou jednotek

Problémy správnosti měření je možné rozdělit do několika oblastí, mezi které kromě technických záležitostí mimo jiné patří nejednoznačnost, a tím i nepřesnost ve vyjadřování hodnot měřených veličin. S postupující globalizací hospodářského života pronikají do naší technické praxe některé staré jednotky bývalého britsko-amerického měrového systému, do opětovného užívání se vracejí některé již překonané jednotky, problémy nastávají s rozdílností v pojmenování velkých čísel mezi Evropou a USA a mnozí technici nejsou schopni si poradit ani s odlišnými oddělovači desetinných míst u desetinných čísel. Podívejme se na některé tyto problémy podrobněji.

2.1 Anglosaské a jiné zastaralé jednotky
Postupující globalizace a zejména ekonomický potenciál Spojených států amerických narušují jednotný trend v používání soustavy SI. Není bez zajímavosti, že zprávy a písemné materiály českých poboček amerických firem mnohdy uvádějí pro americké vedení údaje s nemetrickými jednotkami, např. ve stupních Fahrenheita (°F), palcích (inch), jednotkách BTU (British Thermal Unit) apod., ačkoliv i v USA by se dnes měla používat metrická soustava SI.

Skříně počítačů jsou v modulech podle délkových jednotek v palcích – inches. Podobně i rozměry obrazovek počítačových monitorů se vyrábějí a uvádějí v lichých hodnotách palcové míry. Používané šrouby pro montáž skříní počítačů nemají metrické závity, a to vlastně u produktů všech světových výrobců. Také u jiných importovaných výrobků je možné se setkat se šrouby s Withworthovými závity, na které nelze použít metrické matky a podložky. Z důvodu zaměnitelnosti, a tím i uplatnění na trhu, první výrobci obvykle určují další trend.

Všechna vojenská letadla používaná v rámci organizace NATO mají výškoměry ve stejných jednotkách, stopách – feet, protože většinou jde o americké výrobky. Informace pilota o výšce letounu podle metrů, nebo podle stop ale může mít fatální důsledky. Podobně i velká část civilního letectví a celá námořní plavba používá jednotky míle, uzly a stopy (miles, knots, feet) pro některé parametry charakterizující lety letadel a plavbu lodí. V těchto oblastech se i rychlost větru někdy udává v uzlech, tedy námořních mílích za hodinu.

Vesmírná sonda Mars Climate Orbiter (obr. 1), vypuštěná před několika lety na cestu na Mars, skončila havárií. Ne že by její misi nebylo možné bezpečně uskutečnit, mnoho sond podobné úkoly úspěšně plnilo již předtím, ale při výrobě sondy se pracovalo s anglosaskými jednotkami, avšak řídicí středisko při navigaci již používalo metrické jednotky. Škoda, která zničením sondy vznikla, byla několik set milionů dolarů.

Obr. 1.

Obr. 1. Vesmírná sonda Mars Climate Orbiter ještě na Zemi v průběhu testů; sonda 23. 9. 1999 shořela v atmosféře Marsu, protože došlo k navigační chybě: při výrobě sondy se používaly staré anglosaské jednotky, ale řídicí středisko již pracovalo v metrické soustavě (foto NASA)

Některé americké automobilky dodávají své automobily také na mimoamerické trhy. Jejich rozměry jsou udávány v metrických mírách, a tak jeden model auta má dvě verze, metrickou a americkou. Dokonce souběžně běží dvě výrobní linky v jednom závodě v dokonalé organizaci, aby nedocházelo k záměně součástek.

Relativně složitější situaci mají obchodníci, kteří jsou nuceni pracovat na světových komoditních trzích a mezinárodních burzách, např. v New Yorku, Chicagu, Londýně, Kansas City, Winnipegu atd., kde podle komodit a místa trhu či burzy se obchoduje jak v metrických, tak v britsko-amerických jednotkách. Například zlato a drahé kovy se prodávají a kupují v trojských uncích (31,103 5 g), maso v tunách i librách (0,453 6 kg), káva v librách i kilogramech, rtuť v lahvích (76 liber), cukr v tunách i librách, ropa v barelech (158,984 l), kapalný topný plyn v U. S. galonech (3,785 l), zemní plyn (podle energetického obsahu) v BTU (1 054,35 J), obilí v tunách, ale i v bušlech, jež mají navíc různou hodnotu podle druhu obilí: např. 1 bušl ječmene má 50 liber, 1 bušl kukuřice a žita má 56 liber a 1 bušl pšenice a sojových bobů má 60 liber.

2.2 Návrat zastaralých jednotek
Zastaralé jednotky mnohdy mají velmi tuhý kořínek a nelogicky se vracejí do používání i po letech. Uveďme jeden z oblasti sportovního televizního zpravodajství. Po roce 1989 se komentátoři uvádějící sportovní výsledky, jež jsou spojeny s časovými údaji, vrátili k již neplatné jednotce času vteřina.1) Zřejmě se domnívají, že sekunda jako jednotka času je jedním z produktů politické normalizace. V České televizi se dokonce změnil název každodenního pořadu Branky, body, sekundy na Branky, body, vteřiny.

Často je návrat do minulosti spojen s přijetím České republiky do EU. Po vstupu do EU totiž přebíráme její legislativu včetně harmonizovaných technických norem. Materiály EU ale nadále potvrzují některé jednotky mimo soustavu SI. Například tlak krve a jiných tělních tekutin se měří v mmHg, i když např. výsledky měření rovnovážného parciálního tlaku plynů rozpuštěných v tělních tekutinách se udávají buď v mmHg, nebo v pascalech, podle různých medicínských pracovišť. Důsledky této nejednotnosti mohou být pro pacienty fatální.

Jednotky energie kalorie (a kilokalorie) byla již od roku 1980, kdy u nás byla soustava SI plně zavedena, nahrazena jednotkou joule. S EU se ale opět vrací jednotka kilokalorie ve vyjádření energetického obsahu potravin. Po vzoru EU je ve vyhlášce ministerstva zdravotnictví č. 293 z roku 1997 [3], která se týká mj. způsobu výpočtu a uvádění nutriční hodnoty potravin, v § 5 a 6 určeno, že údaje o energetické hodnotě a obsahu živin musí být vyjádřeny číselně a s jednotkami pro energii v kilojoulech i v kilokaloriích. Přitom z údajů pro některé látky lze odvodit i převodní koeficienty mezi kilokalorií a kilojoulem v rozsahu od 4,11 do 4,33 (zřejmě z důvodu zaokrouhlení). Tak se po sedmnácti letech, kdy se jednotka energie kalorie nesměla ze zákona používat, tato zastaralá jednotka opět zavedla pro nejširší veřejnost, a přitom v mladší generaci již není známa.

2.3 Typografické jednotky
Každý, kdo dnes pracuje s osobním počítačem, se nutně setká s pojmem typografický bod – point, který je základní jednotkou velikosti písma v typografickém měrném systému. Ve světě se stále používá několik klasických systémů, např. Didotův systém, anglo-americký (Hawksův) systém a novější počítačové typografické systémy. Základem všech těchto systémů byla určitá výchozí délková míra, např. francouzská královská stopa, anglický imperiální palec a další. V současné době se v praxi používají zejména počítačové typografické systémy a i zde je určitá nejednotnost. Americká firma Adobe zavedla koncem 80. let dvacátého století standard textových dokumentů PostScript, ve kterém jeden bod je přesně roven 1/72 velikosti anglického palce, jehož délka je přesně 25,4 mm. Naproti tomu v textovém editoru TeX se jako bod používá 1/72,27 anglického palce, tzn. že obě jednotky nejsou totožné.

Literatura:
[1] Zákon č. 505/1990 Sb. ze dne 16. 11. 1990, o metrologii. Sbírka zákonů ČSFR, 1990, částka 83, 1882–1888.
[2] Vyhláška ministerstva průmyslu a obchodu č. 264/2000 Sb. ze dne 14. 7. 2000, o základních měřicích jednotkách a o ostatních jednotkách a o jejich označování. Sbírka zákonů ČR, 2000, částka 77, 3750–3755.
[3] Vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 293/1997 Sb. ze dne 28. 11. 1997, o způsobu výpočtu a uvádění výživové (nutriční) hodnoty potravin a o značení údaje o možném nepříznivém ovlivnění zdraví. Sbírka zákonů ČR, 1997, částka 98, 5419–5427.

Ing. Jiří Macháč, CSc.,
ústav fyziky a měřicí techniky VŠCHT v Praze
(jiri.machac@vscht.cz),
doc. Ing. Bohumil Jakeš, CSc.,
ústav počítačové a řídicí techniky VŠCHT v Praze
(bohumil.jakes@vscht.cz)


1) Vteřina se nadále používá, ovšem pouze jako jednotka úhlové míry (pozn. red.).