Esta decisão é um compromisso de projeto.
Minha humilde opinião: faria com algum medidor físico, tipo peso mesmo ou alguma adaptação que identificasse a existência de algum volume na tigela através justamente da força peso (algum tipo de chave que ligasse com com algum peso, tendo uma mola para retornar à posição normal).
Imagine que sobre a tigela do cão exista uma capa plástica (uma sacola ou algo) que fique normalmente tensionada de alguma forma. Ao ter comida, o peso vence a tensão de normalidade e aciona uma chave. Esta chave indicaria a presença de comida, e a quantidade de comida necessária para acionara a chave deve ser definida conforme seus parâmetros de projeto.
Não, não sei se funcionaria, apenas divaguei.
Sim é difícil de montar. Daria pra ter um TCC só com este estudo para o projeto do sensor.
E claro, controlar a comida conforme os horários (como o bubulindo apontou), para seu cão não estourar.