Als Bindeglied zwischen Sensor und Signalerfassung muss ein Messverstärker nicht einfach nur präzise sein; er muss Anforderungen des Sensors hinsichtlich Versorgung und der Behandlung seines Signals optimal erfüllen und der nachfolgenden Datenerfassung ein ideal aufbereitetes Signal liefern. So trägt der Messverstärker entscheidend zur Genauigkeit der erfassten Werte und der weiteren Auswertung bei.

Eine AD-Wandlung liefert nur dann ein ideales Ergebnis, wenn der Eingang des Wandlers (ADC) optimal ausgesteuert wird, das Signal möglichst geringes Rauschen aufweist und es keine Frequenzanteile hat, die zu Aliasing-Fehlern führen.

Die optimale Aussteuerung des ADC gelingt nur mit einer feinstufig einstellbaren Verstärkung: Eine Stufung 1:10 würde bis zu 3,3 Bit an Auflösung verlieren, wenn das Signal gerade zu groß für die zehnfache Verstärkung ist, bei aktueller Verstärkung den ADC aber nur zu wenig mehr als 10 % aussteuert.

Minimales Rauschen erfordert einen sehr sorgfältigen Messaufbau. Ein viel besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis als die aufwendige Eliminierung diverser Rauschquellen – gerade bei bestehenden Anlagen – bringt die Eliminierung des Rauschens nach erfolgter Signalverstärkung durch ein Tiefpassfilter im Messverstärker. Ist dieses Filter auch noch einstellbar, so lässt sich ideal trennen zwischen dem, was noch gemessen werden soll, und dem, was nur Rauschen ist.

Auch wenn diese Trennung nach der Abtastung durch ein digitales Filter erfolgen soll, ist ein zeitkontinuierliches, auf die Abtastrate des ADC abstimmbares Tiefpassfilter extrem wichtig:

Jedes Abtastsystem benötigt nach der Shannon'schen Regel ein bandbegrenztes Eingangssignal, wenn der zeitliche Verlauf des Messsignals eindeutig darzustellen sein soll. Die Bandbegrenzung muss unbedingt zeitkontinuierlich vor jeglicher Abtastung erfolgen. Einfach zu realisierende - als IC erhältliche - geschaltete Filter sind übrigens selbst Abtastsysteme und somit nur in Kombination mit einem zeitkontinuierlichen Vorfilter als Anti-Aliasing-Filter geeignet!

Daten mit Aliasing-Fehlern können nicht mit digitalen Filtern oder anderen mathematischen Verfahren korrigiert werden, weil die Daten selbst als Grundlage jeder Berechnung nicht eindeutig sind - das ist das Wesen des Aliasing-Fehlers.

Gelegentlich wird argumentiert, dass der Sensor oder der ganze Messaufbau selbst nur eine begrenzte Bandbreite hätten, also keine Aliasing-Gefahr bestehe. Aber: Ein Umrichter oder ein kleiner Lüfter beispielsweise, der in das schwache Signal der Sensorleitung mit 1260-1280 Hz einstreut, wird ohne Anti-Aliasing-Filter bei 500 sps Abtastrate zu mysteriösen 10-30 Hz in den erfassten Daten führen!

Wenige Sensoren liefern aktiv ein Signal, wie z. B. Fotozellen und -dioden, (Rogowski-)Spulen. Die meisten (DMS- und sonstige Messbrücken, IEPE- / ICP®-Sensoren, Temperaturfühler, PT100, PT1000, Potentiometer) benötigen eine Spannungs- oder Stromversorgung. Geeignete Speisewerte werden vom Sensorhersteller angegeben und differieren je nach Aufnehmertyp, universelle Messverstärker brauchen also eine universelle Sensorversorgung.

Bei vielen Aufnehmern geht die Speisung unmittelbar in das Messergebnis ein (Empfindlichkeit "mV pro V"). Daher muss sie genau, ausreichend stark, am Besten nachgeregelt (6-Leiter-Technik kompensiert den Spannungsabfall im Sensorkabel) und anpassbar sein. "mV pro V" bedeutet ja auch, dass eine Versorgung mit nur 40 % der zulässigen Spannung am Sensor nur 40 % des möglichen Messeffektes bringt und 5 % Fehler in der Versorgung auch 5 % Fehler im Messsignal bewirken.

In bestimmten Fällen kann es andererseits sinnvoll sein, eine Brückenspannung kleiner als vom Hersteller empfohlen einzustellen: Wenn die Verlustwärme der Messbrücke problematisch ist, reduziert der Wechsel von 7,5 V auf 5 V die Verlustleistung auf <50  %, während der Messeffekt nur auf 66,7 % sinkt. Bei einem Verstärker mit fein einstellbarer Verstärkung kann diese zum Ausgleich nun um 50 % erhöht werden.

Gleiches gilt für stromgespeiste Widerstandssensoren: Je höher der Konstantstrom, um so höher die zu messende Spannung am Sensor, aber auch um so höher Verlustleistung und Eigenerwärmung des Sensors - wichtig bei Temperatursensoren wie PT100 / PT1000. Sinnvoll ist z. B. eine zwischen 1 mA und 10 mA einstellbare Stromquelle im Messverstärker:

10 mA Konstantstrom am PT1000 würden zwar hohe 38,5 mV/°C liefern, aber bei 0 °C auch 100 mW Verlustleistung und somit den Sensor messbar aufheizen. 1 mA Konstantstrom dagegen liefert zwar nur 3,85 mV/°C, aber bei 0 °C auch nur eine Verlustleistung von 1 mW, die üblicherweise ohne messbare Eigenerwärmung an die Umgebung abgegeben werden kann. Zum Ausgleich kann wiederum die Verstärkung erhöht werden, hier um Faktor 10.

Ergänzt um eine sehr niederfrequente AC-Signalauskopplung ist eine derartige Konstantstromquelle auch für IEPE-Aufnehmer (Konstantstrom 4 mA, Leerlaufspannung 26 V) geeignet.

Manche Sensoren enthalten nur eine Teilbrücke. Messverstärker mit integrierter Brückenergänzung ersparen dem Anwender hier Lötarbeiten; interne Ergänzungen für Halbbrücken in 3- und 5-Leiter-Technik und für 350 Ohm- und 120 Ohm-Viertelbrücken decken bereits den größten Teil der Fälle ab.

Für induktive Voll- und Halbbrücken sowie bei erhöhtem Anspruch an die Störfestigkeit kommt das Trägerfrequenzverfahren zum Einsatz. Nur sehr wenige Messverstärker bieten sowohl einen DC-Messbetrieb mit Gleich-Brückenspannungen und hoher Bandbreite als auch einen TF-Modus mit zwei Trägerfrequenzen, Sinus-Brückenspannungen und hoher Störfestigkeit bei reduzierter Bandbreite.

Neben Präzision und Zuverlässigkeit sollen Messverstärker auch unterstützende Funktionen für Inbetriebnahme und Überprüfung / Kalibrierung des Messaufbaus bieten:

Für den Abgleich einer statischen Sensor-Vorlast (Nullpunkt-Verstimmung, Tara) sowie den Eigenabgleich des Verstärkers sind automatische Abgleich-Funktionen erforderlich, inklusive des Phasenabgleichs für den Trägerfrequenzbetrieb.

Zur Überprüfung oder Kalibrierung des ADC wird ein genaues 0 V-Signal für den Nullpunkt und eine Referenz von z. B. +10,00 V für die Vollaussteuerung benötigt.

Bei Messbrücken kann die gesamte Messkette einer Nebenschluss- oder Shunt-Kalibrierung unterzogen werden, indem ein Shunt-Widerstand einem Brückenzweig parallel geschaltet wird. Diese gezielte Verstimmung führt zu einem definierten Messwert.

Nicht zu vernachlässigen ist eine unkomplizierte Bedienung - nicht nur per Rechner für den automatisierten Messbetrieb, sondern auch von Hand, was in Laborbetrieb und Erprobung sehr angenehm ist.

Universelle Messverstärker haben naturgemäß viele Einstellmöglichkeiten. Eine kompakte Bauform für z. B. 16 Kanäle in einem 19"-Rack erlaubt nicht jeder Funktion einen eigenen Schalter auf der Frontplatte. Andererseits sind interne Jumper, DIP-Schalter oder Lötbrücken unpraktisch. Eine gute Lösung ist ein Farb-LC-Display, ein Drehknopf und eine geschickte Menüführung. Das ermöglicht nebenbei Annehmlichkeiten wie speicherbare Anwender-Setups für verschiedene Sensoren oder Messaufbauten. Messstellen oder Setups können unterschiedliche Displayfarben zugeordnet erhalten, das sorgt für Übersicht.

Natürlich muss ein universeller Messverstärker auch per Rechner steuerbar sein. Das LC-Display kann unter Rechnersteuerung die aktuelle Parametrierung zur Kontrolle vor Ort an zeigen.

Die universellen Messverstärker der Baureihen UMV208 und UMF208 von IMD wurden entsprechend den Anforderungen von Datenerfassung, Sensoren und Praxis – kurz: des Anwenders – entwickelt. Die Reihe UMV208 umfasst DC- und Trägerfrequenztypen, während sich der UMF208 durch 1 MHz Bandbreite auszeichnet. Durch den analogen Ausgang anstatt eines integrierten ADC kann jeder Anwender bereits vorhandene oder zukünftige Datenerfassung seiner Wahl einsetzen – analoge Signalkonditionierung ist nahezu zeitlos und nicht nach 5 Jahren veraltet.