Adapter für den Gaszähler

Gaszähler haben im Allgemeinen keinen Datenausgang, wie es z.B. bei einem modernen Stromzähler der Fall ist. Dort werden die vom Zähler erfassten und gespeicherten Daten über eine serielle Schnittstelle zur Verfügung gestellt.

Anders beim Gaszähler. Bei dem in unserem Haus verbauten Typ elster BK-G4M sitzt auf der letzten Nachkommastelle ein Magnet, der bei jeder vollen Umdrehung 0,01 m³ verbrauchtes Gas signalisiert.

Bei diesem Zähler ist es nicht so leicht möglich, die korrekte Position für den Sensor, in diesem Fall ein Halleffekt-Sensor, zu finden, wie bei der Wasseruhr.

Die korrekte Postion des Sensors muss ausprobiert werden, und da unsere Heizung zum Glück nur wenig Gas benötigt, um das Haus auf Temperatur zu halten, kommt der Magnet nur sehr sporadisch am Sensor vorbei. Es liegt also nahe, eine Befestigung zu konstruieren, die zum einen in den am Zähler vorhandenen “Schacht” passt und dort saugend befestigt werden kann, und die zum anderen die Position des Sensors bei der Findung seiner endgültigen Lage in einem sinnvollen Bereich verschiebbar gestaltet.

Mit Schieblehre und Augenmaß bewaffnet habe ich also zuerst einmal den Schacht am Zähler vermessen.

Ein Blick von unten in den Schacht, direkt unterhalb des Zählwerks:

          (Click auf das Bild für größere Darstellung mit Bemaßung, Angaben in mm)

Dort hinein passt dieses Konstrukt, erstellt mit DesignSpark Mechanical V6...

...das dann mittels Ender-2 aus TPU 90 gedruckt wurde:

Der lange Schlitz im durchgehenden Bereich nimmt eine Art Schlitten auf, der wiederum den Halleffekt-Sensor trägt. Den Schlitten schiebe ich dann solange in dem Schlitz herum, bis das Signal des Zählwerks sicher empfangen wird. Es ist nicht auszuschließen, dass der Sensor in der Mitte sitzen muss, denn der Schacht ist ziemlich genau auf Höhe der letzten Stelle zentriert angeordnet :)

Wie man auf dem nachfolgenden Bild erkennen kann, sitzt der Magnet im “Bauch” der Zahl 6 (die glänzende Stelle, gerade noch am unteren Rand des roten Ausschnitts erkennbar).

Wenn mich keine Parallaxenverzerrungen täuschen, muss der Sensor also im linken Drittel des mittleren, rechteckigen Ausschnitts platziert werden.

Interessant ist noch, welche Polarität der Magnet im Zähler hat. Der A3144 ist ein unipolarer Typ und reagiert auf der für die Detektion vorgesehenen Vorderseite (die Seite mit dem Aufdruck) auf einen magnetischen Südpol.

Das lässt sich klären. Der A3144 spricht auf einen Testmagneten an, mit einem Kompass ermittle ich die Polarität des Testmagneten - der Zeiger nach Norden wird angezogen. Dasselbe passiert mit der Kompassnadel, wenn ich sie der letzten Stelle des Gaszählers nähere, also hat der im Zähler eingebaute Magnet die korrekte Polarität. Leider scheint der A3144 mit 21 mT Einschaltschwelle zu unempfindlich für den gedachten Einsatz, er reagiert nicht auf den kleinen Magneten im Zähler.

Als empfindlichere Alternative kommt der TLE4913 von Infineon in Frage, dessen Einschaltschwelle liegt bei 3,5 mT. Da dieser Sensor in einem SC-59 Gehäuse daher kommt - der Footprint entspricht 1:1 dem des SOT23 Gehäuses - muss eine kleine Platine erstellt werden, die im Halter eingebettet wird. Ergo ist der komplette Halter in leicht geänderter Form neu zu drucken.

Aufmerksamkeit erfordert beim Einsatz dieses Sensors dessen Ausgangsstufe. Vermutlich geschuldet dem Stromspargedanken dieses Micro Power Device, verarbeitet der OpenCollector Ausgang des TLE4913 maximal 1 mA. Der erforderliche PullUp darf bei 5 V Versorgungsspannung also minimal 5 kΩ betragen.

Dass der TLE4913 omnipolar arbeitet, also sowohl auf den Nord- als auch auf den Südpol eines Magneten anspricht, hat seinen eigenen Charme - keine Probleme mit der Ausrichtung der aktiven Fläche.

Die Konstruktion für den Sensorhalter wurde leicht überarbeiten, so dass die Bauelemente auf der Platine für den Sensor eben mit der Oberseite des Halters abschließen und er direkt am Gehäuse des Gaszählers anliegt.

Ich habe mich mal weit aus dem Fenster gelehnt und die Platine so positioniert, dass der Sensor an der Mitte der mittleren Aussparung ausgerichtet zu liegen kommt. So hätte zumindest ich bei Mitspracherecht das Zählergehäuse entworfen. Der Erfolg gibt mir Recht, der Magnet wird zuverlässig erfasst und aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Sensors ist offensichtlich auch ausreichend Reserve für Spielraum bei der Positionierung.

Da ich im Rahmen der Tests den Adapter bereits mehrfach wieder aus der Halterung am Gaszähler heraus fummeln musste, habe ich in der endgültigen Fassung noch zwei Griffe an der Unterseite spendiert.

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Die Schaltung für den TLE4913 birgt keine großen Geheimnisse. Im richtigen Leben wird das Board und somit Sensor und LED mit 3,3 V versorgt, das habe ich gegenüber der Darstellung in den folgenden Bildern noch geändert.

Der Sensor bekommt einen Blockkondensator, als Einstellhilfe und zur Kontrolle gibt es eine grüne 3 mm LED. Hier habe ich einen 2 mA Typ verwendet und zusätzlich den Vorwiderstand überdimensioniert um die Ausgangsstufe des TLE4913 nicht zu überlasten. In Folge leuchtet die LED nicht sehr hell, aber immer noch gut sichtbar.

Die Abmessungen der Platine sind auf den Schacht am Adapter abgestimmt.

Rechts sitzt die LED, von der Unterseite aus montiert, so dass sie aus dem Adapter nach unten heraus schaut. Links werden die drei Leitungen zur Auswerteelektronik angelötet, ebenfalls von unten kommend.

Eingebaut in den Adapter:

Natürlich habe ich vor der Erstellung der Platine überprüft, ob der TLE4913 tatsächlich in der Lage ist, den winzigen Magneten am Zählerrad des Gaszählers zu detektieren.

Die Konstruktionsunterlagen des Adapters im Designspark Mechanical V6 Format sowie als STL Datei für den 3D-Drucker stelle ich dem geneigten Nachbauer zur Verfügung, ebenso die Unterlagen zur Erstellung der Platine im Format EAGLE V7.

Die Auswertung der Impulse erfolgt mit dem Universal WLAN-Zähleradapter.

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Die Firmware zur Auswertung der Impulse stellt ein Webinterface zur Verfügung.

Klickt man mit der Maus ins Fenster der Anzeige, klappt das Feld zur Eingabe des Zählerstands aus.

Hier wird der aktuell auf dem Gaszähler angezeigte Wert eingegeben. Das Format der Eingabe wird überprüft, erlaubt sind bis zu 5 Vorkommastellen, ein Punkt (kein Komma!) sowie bis zu 3 Nachkommastellen. Um den eingegebenen Wert zu übernehmen erneut in den oberen Teil des Fensters klicken. Mit der Übernahme des Wertes in die Anzeige wird er auch gleichzeitig persistent im Flash gespeichert. Die letzte Stelle wird nach der Eingabe immer auf Null gestellt.