Про поняття величина в метрології
У цій статті наводиться і обговорюється функціональне для метрології поняття «величина». Визначення поняття «величина» є одним з основних з точки зору побудова теорії вимірювань.
Наведемо визначення величини в відомих джерелах.
В [1] термін «фізична величина, величина»: Одне з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них.
Терміни «вимірювана фізична величина, яка вимірюється величина».
Фізична величина, що підлягає вимірюванню, яка вимірюється або виміряна відповідно до основною метою вимірювальної завдання.
В [2] термін «Величина (вимірювана)»: Властивість явища, тіла або речовини, яке може бути помітно якісно і визначено кількісно.
В [3] термін «вимірювана величина»: Конкретна величина, що підлягає вимірюванню.
В [4] термін «величина»: Властивість явища, тіла і речовини, яке може бути виражено кількісно у вигляді числа з зазначенням репера1 (як основи для порівняння). Значення величини.
В [1] термін «значення фізичної величини»: Вираз фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць.
В [2]: Кількісне значення величини, зазвичай у формі твору одиниці виміру на деяке число.
В [3] термін «значення величини» відсутня.
В [4] термін «значення величини» відсутня. Однак, трактування цього терміна випливає з вищенаведеного Примітки 1 до терміну «величина».
З викладеного випливає важлива відмінність в підході, прийнятому в [1], [2] і [3], з одного боку, і в [4] з іншого, щодо способу подання значення величини. Якщо в перших трьох документах воно виражається тільки в одиницях виміру, то в [4] це значення виражається в реперах (англ. Reference), різновидом яких може бути одиниця виміру, методика вимірювання, стандартний зразок або їх комбінація.
Наведені терміни та визначення дають можливість порівняти концепцію невизначеності і концепцію похибки.
В основі відмінностей двох концепцій метрології лежить, перш за все, відмінність в принципових підходах до фундаментального поняття метрології, саме до поняття «величина». У концепції похибки величина розглядається властивість явища, тіла або речовини, що має єдине (унікальне) значення. Відповідно до цього і результат вимірювання має єдине значення, яке знаходиться в деякому довірчому інтервалі. Приймається, що в межах цього інтервалу з певною ймовірністю знаходиться унікальне значення вимірюваної величини. Різниця між результатом вимірювання і цим істинним значенням є похибка результату вимірювання. Ця різниця, в силу того, що і справжнє значення і результат вимірювання є єдиними, являє собою дійсну величину. Отже, згаданий інтервал або область являє собою похибку результату вимірювання. В силу того, що істинне значення величини невідомо, зазначена похибка також є невідомою величиною.
У концепції невизначеності [5] поняття «похибка» збереглося, проте зазнало суттєва зміна. Похибка може використовуватися тільки в тих випадках, коли вимірювання підлягає величина, що має умовне (приписане) значення. У цих випадках похибка, як різниця результату вимірювання і вимірюваної величини, є відомою.
У концепції невизначеності можна обходитися без поняття істинного значення величини, застосовуючи просто термін «величина».
Крім того, в концепції невизначеності величини характеризується не єдиним значенням, а сукупністю значень, обмежених деяким інтервалом, що представляє собою невизначеність вимірюваної величини.
На відміну від концепції похибки, де результат вимірювання має єдине значення, в концепції невизначеності результат вимірювання являє собою інтервал значень, що включає невизначеність вимірюваної величини, нeoпределенность, пов'язану з процесом вимірювання, і невизначеність калібрування засобу вимірювання.
Аналіз визначень величини в наведених документах свідчить про те, що поняття «величина» не розглядається з точки зору її залежності від часу і простору.
Разом з тим з теоретичної точки зору визнання об'єкта вимірювання незмінним і, отже, характеризується незмінними величинами, з фізичної точки зору є неприйнятним.
Поява нових видів вимірювань, наприклад, вимірювань змінного струму, вібрації, удару, змінних сил, змінних тисків, геометричних параметрів поверхні, а також необхідність підвищення точності вимірювань привели до створення засобів вимірювальної техніки, за допомогою яких можна було вимірювати змінні в часі і просторі фізичні величини . Однак, до цього часу, незважаючи на те, що в окремих видах вимірювань фізичних величин, змінних в часі і просторі, створені відповідні засоби вимірювань і нормативно-технічна база для їх проведення, найважливіші метрологічні проблеми загального характеру залишаються практично непорушними. До таких питань відносяться: зв'язок між статичними і динамічними вимірами, методологія оцінки похибки і невизначеності вимірювань, методи коригування динамічних характеристик засобів вимірювань і т. П.
Аналіз визначень величини і її різновидів в наведених документах свідчить про відсутність в них вказівки про зв'язок величини з часом і простором, тобто з формами існування матеріальних об'єктів. Це можна розцінити як вказівку на те, що величина завжди є незмінною в часі і просторі. Тим часом, з точки зору фізики набагато більш прийнятним є твердження про те, що величини завжди є змінними в часі і просторі, що є фундаментальним властивістю як величин, так і об'єктів виміру, ними характеризуються. Закономірності зміни величини в просторі і часі можуть бути різноманітними і, з математичної точки зору, можуть описуватися різними залежностями. Однак, можна спробувати на основі законів фізики запропонувати узагальнену математичну модель величини, щонайменше, яка не суперечить цим законам і що дає можливість на основі цієї узагальненої моделі створювати приватні моделі, що описують всю різноманітність форм зміни величин в часі і просторі.
Визнаючи мінливість величини в часі і просторі, слід до основного визначення величини додати такі положення:
- величина змінюється в часі і просторі, т. е. в різні моменти часу і в різних координатах простору величина має різні значення;
- узагальнена математична модель являє собою нецентрованого випадковий процес, тобто випадковий процес, математичне очікування якого не дорівнює нулю;
- значення величини можна представити сумою її математичного очікування і центрованої випадкової величини;
- параметр величини-комбінація значення величини за інтервал часу або просторової координати в відповідно до певного алгоритму. Параметр величини не є фізичною (матеріально) величиною, так як він є результат обчислення значення вхідний або перетвореної в процесі вимірювань вхідної величини.