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1. Einleitung

Betreiber einer Öl-Zentralheizung stehen meist vor ihren Tanks (Kunststoff oder Stahl) und können mit verschiedenen konventionellen Methoden auf den verbleibenden Heizölvorrat schließen.

Gängige Anzeigen reichen von Fenstern im Tank über Messrohre bis hin zu mechanischen Anzeigern mit Schnur und Schwimmer. Mein Stahl-Öltank verfügt über letzteres System, das mir in 5cm Schritten den aktuellen Füllstand anzeigt.

Für meinen Heizöltank bedeutet dies, dass 1cm Füllstandsänderung etwa 35l verbrauchtem Heizöl entsprechen. Allerdings lassen sich bei einer 5cm-Rasterung Pegeländerungen im cm-Bereich schlecht ablesen, so dass die Ungenauigkeiten noch größer werden. Zur Kontrolle der Heizöllieferung ist dieses Verfahren zudem weitestgehend ungeeignet.

Daher sollte etwas anderes her, natürlich elektronisch und mit der Option des Datenloggings.

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2. Planung

Ein Blick auf gewerbliche Lösungen zeigt gleich, welche verschiedenen Messmethoden hier zum Einsatz kommen. Abgesehen von einer Poti-Variante am Zeiger der mechanischen Füllstandsanzeige gibt es fast nur 3 geeignete Verfahren:

Ultraschall "Abstands"-Messung

Die Ultraschall Abstands-Messung ist vielen aus dem Auto als "PDC - Park Distance Control" bekannt. Das gleiche Prinzip kommt bei der Füllstandsmessung zum Einsatz. Vom Deckel des Tanks wird ein Ultraschall-Signal ausgesendet und die Laufzeit, die der Schall vom Sender zur Öloberfläche und zurück benötigt, gemessen. Aus der Laufzeit lässt sich dann der Abstand und letztlich der Füllstand berechnen.

Druckmessung in einem Staurohr

Hierfür wird ein Rohr senkrecht in den Tank eingebracht. Das obere Ende des Rohres ist verschlossen, das untere Ende mit der Öffnung in das Heizöl getaucht. Mit einem Drucksensor wird der Luftdruck im Rohr gemessen. Je tiefer das Rohr in das Öl eintaucht, desto höher ist der Luftdruck im Inneren des Rohres, da die Luft vom flüssigen Medium komprimiert wird. Da die Sensoren günstig zu bekommen sind und leicht zu verarbeitende analoge Ausgangssignale liefert, wird es hierfür auch noch eine Bauanleitung geben.

Kapazitäsmessung

Dieses Messverfahren nutzt das Heizöl als Dielektrikum eines Kondensators. Zwei Sensoren am Boden und im Deckel des Tanks stellen die Kondensatorplatten dar. Dazwischen befindet sich ein Dielektrikum aus Luft und Heizöl. Je nach Verhältnis der beiden Medien verändert sich die Kapazität des Aufbaus. Daraus lässt sich ebenfalls der Füllstand ermitteln.

3. Umsetzung

Aufbau

Die erste Version des Füllstandsmessers basiert auf einem fertigen Ultraschall-Modul "SRF02", das sehr kompakt aufgebaut ist und die gesamte Ansteuerung und Auswertung des Ultraschall-Signals vornimmt. Damit gestaltet sich der Aufbau recht einfach. Die ermittelten Daten sind als Distanz in cm (alternativ inch) abrufbar bzw. werden als Laufzeitdauer des Schalls ausgegeben. Als Schnittstelle steht I2C oder RS232TTL zur Verfügung.

Eingebaut wird der Ultraschall-Sensor in den bisherigen Pegelanzeiger, der noch rein mechanisch arbeitete (Schwimmer, Schnur, Feder, Zeiger). Leider ist dies vorerst notwendig, da es keinen passenden Kunststoff-Verschluss für den Stutzen am Heizöltank gibt.

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Am anderen Ende des Kabels befindet sich das Anzeigegerät mit Schalter und beleuchtetem LCD-Display. Auf Basis eines PIC16F627 wird ein I2C-Bus emuliert und die Disatanz zwischen Ultraschallsensor und Heizöloberfläche ermittelt. Aus diesem Wert wird mit den bekannten Tank-Parametern der aktuelle Füllstand ermittelt. Da der Sensor in der 'cm-Betriebsart' arbeitet, ist der Pegelstand nur auf 1cm genau, was bei meinem Tank ca. 35l Litern entspricht. Eine Höhere Genauigkeit ließe sich noch durch die Auswertung der Signallaufzeit (in Mikrosekunden) erreichen, allerdings dürften hier die Wellen, die durch das zurückfließende Heizöl erzeugt werden, schon zu starken Messwertschankungen führen.