Фізична величина - властивість, спільна в якісному відношенні багатьом фізичним об'єктам (фізичним системам, їх станам чи процесам, які в них проходять), але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного із них.
Формалізованим відображенням якісних відмінностей фізичних величин є їх розмірність, а кількісним - розмір. Розмір фізичної величини характеризує кількісний вміст фізичної величини в даному об'єкті. Відображення розміру фізичної величини у вигляді числа, що дорівнює відношенню фізичної величини, що вимірюється, до розміру одиниці цієї величини, з її (одиниці) позначенням є значенням фізичної величини.
Вимірювання - це визначення значення вимірюваної величини, тобто конкретної величини, що підлягає вимірюванню, є метою певної сукупності операцій. Значення, отримане шляхом вимірювання І приписане вимірюваній величині, називають результатом вимірювання.
Першим кроком при проведенні вимірювання є визначення фізичної величини, що можна зробити лише шляхом опису. Вимірювану величину потрібно визначати з достатньою точністю, щоб для тих цілей, для яких вона призначена, її значення було єдиним. Як правило, визначення фізичної величини уточнює деякі фізичні умови та стани.
Вимірювана величина може бути повністю описана лише при необмеженій кількості інформації. Таким чином, визначення фізичної величини на практиці майже завжди неповне і вносить внесок в невизначеність, яка може бути, а може і не бути значимою в порівнянні з необхідною точністю вимірювання. В ідеальному випадку величина, реалізована при вимірюванні, повинна бути повністю узгоджена з визначеною. Часто це неможливо зробити, і тоді проводиться вимірювання величини, яка є апроксимацією вимірюваної. Неідеальна і сама процедура Внаслідок всіх цих факторів результат є лише апроксимацією (оцінкою) значення вимірюваної величини і буде повним, якщо буде встановлена невизначеність цієї оцінки.
Для прикладу розглянемо пластинку із деякого матеріалу. Вимірювана величина - товщина пластинки при заданій температурі, яка вимірюється за допомогою мікрометра. Товщина пластинки в місці вимірювання при даній температурі і тиску, який робить мікрометр - вимірювана величина. Однак, оскільки не показано в якому саме місці пластинки проводити вимірювання, то вимірювана величина із-за неповноти визначення характеризується невизначеністю, яка може бути оцінена по вимірюваннях, виконаних в різних місцях пластинки. На будь-якому рівні визначення вимірювана величина має таку "власну" невизначеність, яка в принципі може бути визначена тим чи іншим методом. Це мінімальна невизначеність, з якою може бути визначена вимірювана величина. Для отримання значення розглядуваної величини з меншою невизначеністю необхідно її більш повно визначити. Так, в нашому випадку визначення вимірюваної величини залишає без уваги ряд факторів, які можуть вплинути на товщину: атмосферний тиск, вологість, положення пластинки в гравітаційному полі тощо.
Поняття "невизначеності" як кількісного атрибуту є відносно новим, в той час як термін "похибка" давно вже використовується в метрології.
Вимірювання характеризуються рядом недоліків, які викликають похибку вимірювання, внаслідок чого результат вимірювання відрізняється від вимірюваної величини. Похибку розглядають як випадкову величину, що складається із двох складових - випадкової та систематичної.
Випадкова похибка виникає завдяки дії непередбачуваних чи стохастичних часових і просторових змін впливових факторів. Хоча випадкову похибку результату не можна повністю компенсувати, її можна зменшити, збільшивши кількість спостережень - її математичне очікування дорівнює нулю.
Систематична похибка виникає в результаті впливу на результат вимірювання закономірно діючих, тобто систематичних ефектів. Якщо ефект відомий, то можна визначити значення цього ефекту і внести в результат поправку для його компенсації. Однак, як правило, точне значення поправки невідоме, тому повна компенсація не можлива. Внаслідок неповної компенсації систематичної похибки результат є зміщеним, і це зміщення часто називають невиключеним залишком систематичної складової похибки.
Результат вимірювання після внесення поправок на відомі систематичні ефекти все ще є лише оцінкою значення вимірюваної величини внаслідок невизначеності, яка виникає із-за випадкових ефектів і неточних поправок на систематичні ефекти. Таким чином, в широкому розумінні термін "невизначеність" означає сумнів щодо достовірності результату вимірювання, відсутність точного знання значення вимірюваної величини. Як кількісна міра цього поняття невизначеність(вимірювання) - це параметр, що пов'язаний з результатом вимірювання і характеризує розсіювання значень, які могли б бути обгрунтовано приписані вимірюваній величині.
Невизначеність вимірювання виражає той факт, що для даної вимірюваної величини і для даного результату її вимірювання не існує єдиного значення, а є нескінченне число значень, розсіяних навколо результату, котрі узгоджуються з усіма спостереженнями і даними, а також зі знанням фізичного світу, і котрі з різним ступенем впевненості можуть бути приписані вимірюваній величині.
На практиці існує багато можливих джерел невизначеності при вимірюванні, серед яких:
а) неповне визначення вимірюваної величини;
б) недосконала реалізація визначення вимірюваної величини;
в) неадекватне знання ефектів від впливових величин чи недосконале їх вимірювання;
г) суб'єктивна похибка оператора при зчитуванні показів аналогових приладів;
д) скінчена роздільна здатність вимірювальних приладів чи поріг чутливості;
є) неточне значення, приписане еталонам чи мірам фізичних величин;
є) неточне значення констант та інших параметрів, отриманих із зовнішніх джерел, які використовуються в алгоритмі обробки даних;
ж) апроксимація та припущення, які використовуються в методі вимірювань і в вимірювальній процедурі;
з) випадкові зміни зовнішніх впливових величин при повторних спостереженнях.
Розрізняють два типи розрахунку невизначеності:
- розрахунок за типом А - метод оцінювання невизначеності шляхом статистичного аналізу рядів повторних спостережень;
- розрахунок за типом В - метод оцінювання невизначеності іншим способом, ніж статистичний аналіз рядів спостережень.
Відповідні невизначеності іноді називають невизначеностями типу А і типу В.
В загальному випадку не існує однозначної відповідності між випадковими похибками і невизначеностями типу А чи систематичними похибками і невизначеностями типу В. Поділ на систематичні і випадкові похибки обумовлений природою їх виникнення і прояву в ході експерименту, а поділ невизначеностей на типи А і В - методами їх розрахунку. Ці категорії невизначеностей не є замінниками слів "випадкова" чи "систематична". Невизначеність за рахунок дії деякою ефекту в одних випадках може бути отримана як оцінка за типом А, в інших - як оцінка за типом В.
Результат вимірювання може бути випадковим чи близьким до значення вимірюваної величини (правда, цей факт для дослідника залишиться непоміченим), тобто мати невелику похибку і в той же час велику невизначеність як міру сумніву щодо його достовірності. З цього видно, що невизначеність результату вимірювання не слід ототожнювати з його похибкою.