CN109244753B - 电连接组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电连接组件。具体而言，在此披露一种高压馈通组件(100)，在该高压馈通组件中，高压引线的曝露区域被维持与地电位区域具有足够的间隔，以便预防微放电。描述的组件阻塞高电势区域与地面之间的充气通路，从而预防电荷经过。因此，可减小所需的以便预防微放电的间隔。

Description

电连接组件

本申请是申请日为2005年12月11日、优先权日为2014年12月12日、中国国家阶段申请号为201510922245.4、题为“电连接组件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及适合于连接电引线的电连接组件和电连接器。本发明在用于需要稳定的高压供给的科学仪器中是特别有利的。可在质谱仪内实施所描述的电连接组件和电连接器。

背景技术

许多科学仪器需要大数目的电连接件，例如以便将电力供给至科学仪器模块或者允许传输或接收测量信号。这些电连接件中的一些将承载高压(在一些情况下，在kV的规模上)。其他连接件承载小得多的电压，例如几V或mV的控制信号或测量信号。

当承载高压的连接器与连至地电位的连接件(或承载小得多的电压的连接器)紧密接近时，存在电弧或火花的风险。如果在两个区域处的电势之间的差值超过空气隙的击穿电压，那么可能跨空气隙形成电弧。这种类型的电弧或放电可能是有害的，导致对设备的损害以及对使用者的伤害。因此，应维持足够的空气隙以便预防这种类型的到地面的泄露路径。

常见地，为将电连接件连接至科学仪器，操作员将分别连接来自一束电缆的每个单独的电引线。这些电缆然后可在使用期间从仪器处的每个连接器拖曳，并且可趋向于无意的接触或移动。这可导致承载不同电压的连接器或引线之间的间隔减小，并且因此可能发生放电事件。此外，每个电连接件的连接和断开分别是费时的并且为出错留下余地。如果出乎意料地高的电压被施加至科学仪器处的不正确的电连接件，则会发生损坏或危害。

微放电也是高压连接器中的具体问题。由于积累在接近于高压引线的绝缘表面处的电荷，微放电发生。如果在带电表面与低电势区域之间的间隔过小，则可能形成跨绝缘表面的暂时路径，从而允许微放电事件。这些事件作为经过连接器的电压中的相对小的、短暂的波动而被观察到。例如，当10kV的电压被供给至连接器时，由于微放电可观察到在10ms内大约1V的骤降。这样，微放电导致通过电连接件供给的电压中的不稳定性，所述不稳定性对于某些电压敏感的科学仪器可能是有问题的。

用于预防微放电的方法是在电引线与设置在较低电势或地电位处的区域之间提供足够的间隔。应避免跨绝缘体表面的急剧势梯度。预防微放电所需的间隔d与两个区域之间的电压差ΔV成指数比例(换言之，d∝e^kΔV)。例如，当位于空气中时，在5kV的外加电压下高压区域与地面之间所需要的间隔必须大于等于24mm，而对于10kV的外加电压所需要的间隔必须大于等于290mm。可将科学仪器和它们的电连接件的设置设计为维持在电气部件之间所需要的空气隙，但在需要大电压的情况下，这变得更加复杂和麻烦。

到质谱仪的电连接件会是尤其复杂的。不仅仅需要大数目的电连接件，而且多个连接件必须设置在非常高的电压(高达10kV)下。质谱仪需要对静电分析器的特别稳定的电压供给。甚至在供应的电势中的小波动可使离子光学破裂，并且减小仪器的分辨极限。此外，该设备是灵敏的并且具有高价值，因此避免由于电连接件的不正确配置的损坏具有最高重要性。

从而，需要提供用于电连接至科学仪器的方法和设备，该方法和设备减小了微放电事件的可能性，同时更方便并且较不容易发生错误。进一步需要提供电连接器，该电连接器减小了微放电的可能性，以便维持稳定的外加电势。

发明内容

在这个背景下，提供一种高压馈通组件，在该高压馈通组件中，高压引线的曝露区域被维持与地电位区域具有足够的间隔，以便预防微放电。描述的组件阻塞高电势区域与地面之间的充气通路，从而预防电荷经过。因此，可减小所需的以便预防微放电的间隔。进一步提供一种电气组件，该电气组件维持在承载不同电压的连接器之间的所需间隔，以便预防微放电的发生。在电气组件处的多个电气部件可包括描述的多个高压馈通组件。

根据本发明的第一方面，提供一种高压馈通组件，该高压馈通组件包括在纵向方向上延伸的电引线以及捕获该电引线的绝缘盖。绝缘盖沿电引线在纵向方向上延伸，并且具有在垂直于该纵向方向的轴线上限定的宽度。进一步提供一种凸缘，绝缘盖延伸穿过该凸缘并且由其保持，这样使得被该绝缘盖捕获的电引线延伸穿过该凸缘但与其相绝缘。该组件进一步包括适配器本体，该适配器本体被保持与凸缘成间隔关系，该适配器本体具有延伸穿过其的空腔，该适配器本体的空腔的宽度大于绝缘盖的宽度，并且其中，从凸缘延伸的绝缘盖和电引线的一部分延伸至该空腔中。最后，该组件包括被安排在适配器本体空腔中的套环，该套环在适配器本体与绝缘盖之间径向延伸，以便保持该绝缘盖和电引线，这样使得绝缘盖与适配器本体中的空腔壁径向间隔开，并且以便支持该适配器本体与凸缘成所述间隔关系。有利地，适配器被保持与绝缘套筒和凸缘成间隔关系。这维持围绕绝缘套筒的空气隙或间隔。该凸缘可以是接地的，并且空气隙可能被套环阻塞，这样使得穿过在电引线的暴露部分与地面之间的空气隙的通路闭合。其结果是，在电引线的暴露部分与地面之间所需的足以预防微放电事件的最小间隔减小。

该凸缘可被安排在密封腔(特别是真空腔)的壁处。该凸缘可以是利用空腔壁提供真空紧密密封的真空凸缘。在凸缘位于真空腔壁中的情况下，适配器本体以及绝缘套筒和电引线的延伸至该适配器本体的空腔中的至少一部分可布置在该凸缘的空气侧上。为预防微放电，在空气中电引线的暴露部分与地面之间所需的间隔远大于在真空中所需的间隔。

优选地，该套环在适配器本体与绝缘盖之间在径向方向上邻接地延伸，以便在纵向方向上阻塞空腔。该套环阻碍在电引线尖端与凸缘之间的路径。特定地，该套环阻塞穿过空气隙的通路。因此，微放电事件得以预防。套环可仅在纵向方向上具有布幅不足。可替代地，套环可在纵向方向上延伸穿过适配器本体的空腔。

有利地，通过阻塞穿过空气隙的通路，积累的电荷不能形成跨绝缘套筒表面至地面的临时路径。因此，为预防微放电，在电引线的暴露部分与地面之间所需的间隔可能明显减小。这样，当高压馈通组件需要暴露至空气、真空外时，描述的安排可能是特别有利的。

在一些替代性配置中，套环可具有小的间隙或裂缝，或可包括被安排成在适配器本体空腔内支持绝缘套筒和电引线的支柱。可设计套环形状以便维持在高压部分与地面之间的最小距离或表面积。选择最小距离或间隔以便预防微放电。然而，在优选实例中，套环是围绕绝缘套筒连续延伸并且填充绝缘套筒与适配器本体的空腔的内壁之间的空气隙的固体。

任选地，在绝缘盖的被布置于适配器本体的空腔内的端部与凸缘的与适配器本体相对的面之间在纵向方向上的间隔是距离D。距离D可取决于在电引线与凸缘处的电压之间的势差。距离D可能足以预防微放电。随着由电引线承载的电压相对于凸缘处的电压增加，距离D将增加。具体地，所需的距离D与电压差成指数比例。

该组件可进一步包括间隔物构件，该间隔物构件被安排成支持绝缘盖与电引线成间隔关系。间隔物构件可由与绝缘构件相同的材料形成，并且可能为保持绝缘套筒的内表面与电引线的外表面分隔开的环形或套环状部件。这样，仅间隔物构件可与电引线直接接触。为了使电引线固定在这个位置中，该电引线可以是刚性的和/或不可弯曲的。在一些安排中，间隔物可由不同于绝缘套筒的材料(例如，金属)形成。在特定的实例中，间隔物由金属盖形成，该金属盖牢固地固定至绝缘盖并且焊接至中心电极

优选地，间隔物构件形成于绝缘盖的被布置在适配器本体的空腔内的端部处。换言之，间隔物构件在绝缘套筒的端部处形成“盖”，电引线经过该端部。该间隔物可提供针对围绕电引线的绝缘套筒的密封，这样使得大部分长度的电引线不暴露至空气。

任选地，间隔物构件与绝缘盖在其端部处一体形成。例如，该间隔物可作为绝缘套筒的一部分形成，这样使得该绝缘套筒具有内径比该绝缘套筒的其余纵向长度更小的区域。这个具有较小内径的区域可作为间隔物以便支持电引线。该间隔物可在绝缘套筒的端部处一体形成，或可在沿该绝缘套筒长度的别处形成。

该绝缘套筒可作为一片式形成，或可能以任何数目的区段形成。例如，绝缘套筒可包括延伸至适配器本体的空腔中的第一区段，并且这个第一区段可具有第一直径。该绝缘套筒可进一步包括具有不同直径的第二区段，该第二区段设置在凸缘处，并且在该凸缘处提供馈通件。在其他实例中，绝缘套筒可包括为在绝缘套筒端部处的该绝缘套筒盖的第三部分，在该第三部分处电引线暴露。所述第三部分可包括绝缘套筒的盖或闭端，并且作为间隔物。

该套环可安排在绝缘盖的纵向长度上在间隔物与凸缘之间的一个位置处。任选地，该套环可安排在绝缘盖的纵向长度上在间隔物与适配器本体的被布置成与凸缘相对的面之间的一个位置处。然而，该套环可沿绝缘套筒长度的几乎任何部分放置。套环位置应将适配器本体牢固地支持在避免与凸缘或绝缘套筒接触的位置中(并且维持其间所需的空气隙)，但该套环在该适配器本体的重量下不在该绝缘套筒上施加不适当的应力。

优选地，该套环由绝缘材料形成。有利地，这预防在绝缘套筒表面处积累的电荷通过套环传导。例如，提供由绝缘材料形成的套环阻断在电引线与凸缘面之间的任何导电路经。这减少微放电。此外，使用用于套环的绝缘材料预防在绝缘套筒与适配器本体之间的任何导电路径，由于通过与电引线接触给该绝缘套筒充电，该适配器本体可保持在不同于该绝缘套筒的电势。

任选地，该套环是O形环。O形环提供围绕绝缘套筒的紧密配合、连续支持。此外，O形环可由是良好的电绝缘体的橡胶化处理的材料形成。该O形环可位于绝缘本体的空腔的内表面上的凹槽或沟道处，以便保持该套环并且预防适配器本体相对于绝缘套筒在纵向方向上的移动。可替代地，套环可由塑料或另一种材料形成，并且可由适配器本体或绝缘套筒整体地形成，或可以是单独件。

有利地，适配器本体可由绝缘材料(如聚缩醛)形成。聚缩醛(又称POM或聚甲醛)可尤其有益于作为适配器本体之用。聚缩醛是硬的并且展示低摩擦的热塑性塑料，因此适配器本体可轻易成型，同时维持强度和耐久性。

本文描述的高压馈通组件可特别地有益于将高压连接至质谱仪。这是因为质谱仪需要将非常高的电压(例如，高达10kV)供给至离子光学。此外，离子光学被封装在真空腔中。封装在仪器外表面上的高压连接器(这些高压连接器被安置在空气中，而不是真空中)特别趋向于微放电。这些微放电事件可能明显减少质谱仪中的测量分辨率，对于该质谱仪施加至离子束光学的电势的稳定性特别重要。这样，在连至质谱仪的电连接器处使用所描述的高压馈通组件可以是特别有利的，以便预防微放电并增加供给电压的稳定性。

根据本发明的第二方面，存在用于科学仪器的电连接组件，该电连接组件包括安排在凸缘中的多个电连接器，用于与在科学仪器处的多个电插座进行往复运动。该多个连接器被安排在多个组中，其中，第一组中的多个电连接器与第二组中的多个电连接器彼此分隔开不小于距离A的距离。还提供被安排成将电势供给至第一组电连接器中的每一个电连接器的电源，跨该第一组所施加的电势具有第一平均电势。该电源还被安排成将电势供给至第二组电连接器中的每一个电连接器，跨该第二组所施加的电势具有第二平均电势。距离A等于或大于阈值距离，这取决于以及涉及第一平均电势与第二平均电势之间的差值。多个电连接器可包括多个插头或插座、或插头和插座的混合。在特别的实例中，多个电连接器包括多个高压馈通组件。

一系列的电势可供给至第一组的连接器，并且一系列的电势可施加至第二组的连接器。然而，优选地被供给相同量级的电势的连接器将被共同分组。因此，第一组可包括供给高压的连接器，例如在5kV与10kV之间。第二组可包括供给低电势的连接器，例如在1V与10V之间。供给具有不同量级的电势的连接器不应被共同分组。根据供给至第一组的电压与供给至第二组的电压之间的相对量级来确定间隔A。

在一些配置中，可能存在多于两个组的连接器。事实上，在多个连接器内可能存在任何数目组的连接器。每组连接器与彼此组分隔开一定距离，该距离与供给至每组连接器的电势的相对量级相关。例如，连接器可间隔与供给至每个组的平均电势成比例的距离。例如，可能存在第三组连接器，该第三组连接器与第一组分隔开第二距离B，并且与第二组分隔开第三距离C。

有利地，这些组的连接器被安排在凸缘处以便：a)维持在这些组的连接器之间所需的以便预防承载不同的电压的连接器组之间的微放电事件的最小间隔或空气隙；并且b)优化在凸缘处的连接器之间的间隔。所描述的安排提供跨凸缘面的势梯度。例如，这通过安排成组地承载相似电压来驻留在凸缘的同一区域中的连接器，并且然后安排这些组的连接器，这样使得供给至这些连接器中的每一个连接器的电压为分度的或跨该凸缘“分类”来实现。这有助于优化连接器间隔。例如，承载高压的第一组连接器可能比承载相对低电压的第三组与承载中间电压的第二组连接器更紧密地间隔。因此，通过将承载相似电势的连接器分组，并且以所描述的方式“分类”该电势，可优化间隔。

优选地，距离A与在第一平均电势与第二平均电势之间的差值指数相关。换言之，与施加至第二组连接器的电压相比，距离d可与施加至第一组连接器的电势的相对量级成指数比例。距离A可能是足够的，这样使得承载不同电势的连接器之间的空气隙不导致从高电势的连接器向低电势的连接器的微放电。所需的间隔可能与在高电势区域与低电势区域之间的部件的介电强度相关。

任选地，第一组的电连接器可安排在凸缘中，彼此分隔开不小于距离B的距离。此外，第二组的电连接器可安排在凸缘中，彼此分隔开不小于第三距离C的距离。第二距离B和第三距离C可能小于距离A。有益地，由于由同一组内的连接器承载的电势差可能是更小的，所以在给定组内的连接器可能与其他组的连接器更紧密地间隔。因此，减小的间隔足以预防同一组内的连接器之间的微放电。如上所述，在两个连接器之间所需的具体的最小距离或间隔与这些连接器承载的电压差成指数比例。有益地，通过仔细设计连接器，这些组之间的以及每组连接器之间的间隔可被优化，以便减少安排这些连接器的区域，同时仍预防或减少放电事件。在由一组内的连接器承载的电压之间无明显差异的情况下，在一组内的这些连接器可自由安排。

优选地，电连接组件进一步包括共用背板，多个电连接器中的每一个电连接器被配置成连接至该共用背板。此外，第一组电连接器至背板的连接件可被配置成与第二组电连接器至背板的连接件分隔开，该分隔不小于距离A。距离A可以是与安排在凸缘处的这些组连接器相同的最小距离或间隔。如前所述，最小距离A与在第一组至背板的这些连接件处承载的平均电势与在第二组至背板的这些连接件处运送的平均电势相比的差值成比例。更确切地说，最小距离与电势差成指数比例。理想地，至背板的连接件跨该背板的平面表面是有序的或分类的，以便提供跨这些连接件的电势梯度。

任选地，第一组电连接器中的每一个电连接器至背板的连接件彼此分隔开不小于第二距离B的间隔。此外，第二组电连接器中的每一个电连接器至背板的连接件彼此分隔开不小于第三距离C的间隔。优选地，如以上所描述的，间隔B和C与在凸缘处的第一组连接器与第二组连接器之间的间隔相同。间隔B和C可小于间隔A。

优选地，电连接组件包括多条刚性接线，来自该多条刚性接线的刚性接线被安排成将多个电连接器中的每一个电连接器连接至共同背板。这些刚性接线中的每一条刚性接线可被成型成用于维持彼此间隔的关系。特定地，将第一组电连接器连接至背板的刚性接线中的每一条刚性接线可与将第二组电连接器连接至背板的刚性接线中的每一条刚性接线分隔开不小于距离A的间隔，其中，沿该刚性接线的全长维持距离A的间隔。刚性接线可弯曲成适合的形状，这样使得这些接线被配置成维持其间的最小间隔。在刚性接线之间所需的最小间隔与在相异的电势由这些接线中的每一条接线承载时预防微放电发生所需的距离相关。特定地，间隔维持在距离A，该间隔可等于以上讨论的以及设置在凸缘处的第一组电连接器与第二组电连接器之间以及在背板处的第一组连接器与第二组连接器之间的距离A。

有利地，间隔A维持在电连接组件内的承载不同电压的每个连接器元件或部件之间。例如，间隔维持在凸缘处的第一组连接器与第二组连接器之间、在第一组的刚性接线与第二的组刚性接线之间以及在第一组接线至背板的连接与第二组接线至背板的连接之间。有益地，刚性接线的使用和背板的使用提供具有固定间隔的不可移动的配置。有利地，这预防在电势承载路径之间的间隔意外减小，由此允许微放电乃至电火花发生。

任选地，将第一组电连接器连接至共用背板的刚性接线中的每一条刚性接线被成型成用于维持彼此的间隔不小于第二距离B。此外，将第二组电连接器连接至共用背板的刚性接线中的每一条刚性接线可被成型成用于维持彼此的间隔不小于第三距离C。第二间隔和第三间隔可与如以上所描述的关于凸缘处的第一组和第二组内的连接器的间隔相同。此外，间隔B和C可小于间隔A。

理想地，可在多个电连接器中的每一个电连接器处提供推入式连接器。该推入式连接器被配置成用于与科学仪器的电插座处的电引线进行往复运动。该推入式连接器可被镀金。有利地，推入式连接器可在连接器处连接至刚性接线的端部。推入式连接器可被配置成接收与每个电连接器往复运动的插头或插座的电引线尖端。该电引线的尖端可推压推入式连接器，该推入式连接器可使用弹簧或其他偏置装置来偏置抵靠交接的电引线或刚性接线。因此，在电引线、推入式连接器与刚性接线之间进行良好的电接触。有益地，使用推入式连接器减少在电引线与推入式连接器之间形成空气隙。在一些实例中，推入式连接器也可设置在刚性接线与背板之间。此处，推入式连接器被安排成偏置抵靠背板处的连接接线或销，并且由此减少在用于连接的部件之间形成空气隙的可能性。这样，可减少微放电的发生。

任选地，这些部件可使用二部件焊料来接合。例如，刚性接线可通过二部件焊料来连接至每个推入式连接器。使用这种连接材料提供改善的电接触(具有低电阻)。

优选地，所描述的电连接组件进一步包括封闭式机柜。以上描述的凸缘可安排在机柜壁中，并且共用背板可安装在封闭式机柜的内部。该封闭式机柜可以是密封机柜或可密封机柜。在一些情况下，机柜可被加压，例如包含真空。有利地，使用封闭式机柜允许多个连接器、刚性接线和背板一起相对于科学仪器移动，这样使得该多个连接器中的每一个连接器可同时连接或断开。因此，使用机柜避免要求操作者分别连接和断开每个单独的电连接器。这样，减少电连接器的错误连接的可能性。在机柜处的连接器、刚性接线和背板的固定特性允许该机柜作为模块。因此，可互换的机柜可用于连接至在科学仪器处的电插座。

理想地，封闭式机柜的内部与该封闭式机柜的外部电绝缘。换言之，机柜提供完全闭合的模块，用于向所有的该多个电连接器供给电势。

优选地，封闭式机柜进一步包括用于控制在该机柜的内部处的温度和湿度的空气调节模块。该机柜可用于将该机柜的内部维持在固定的温度。有益地，这可改善由机柜内的连接件承载至连接器的电势的稳定性。这是因为接线的温度常量(T_C)可能对温度波动非常敏感，尤其对于高压连接。这样，如果维持恒温，那么是有益的，因为这增加通过连接件供给的电压的稳定性。在一些情况下，可在机柜中维持低(或高)压，或该封闭式机柜可包含真空。

优选地，封闭式机柜是轨道安装的，这样使得它可在轨道上相对于科学仪器在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中多个电连接器连接至科学仪器，在该第二位置中多个电连接器从科学仪器断开的。换言之，轨道允许机柜相对于科学仪器移动，用于同时连接或断开多个电连接器中的每一个电连接器。可需要连接或断开该多个连接件，例如，用于维护科学仪器。机柜的轨道安装允许电连接机柜的更容易的移动以及多个电连接器的更方便断开。此外，使用轨道安装改善在机柜处的连接器与在科学仪器处的往复运动的插座的对准。

任选地，电连接组件包括在机柜处的对准装置，该对准装置被配置成将机柜处的多个电连接器与科学仪器处的多个电插座对准。该对准装置可以是在机柜或凸缘的外表面处的销，该销被科学仪器面中的孔或空腔接收(或反之亦然)。可替代地，该对准装置可包括在机柜或凸缘以及科学仪器上的标记，该标记可由用户视觉对准。有益地，该对准装置有助于凸缘或机柜中的电连接器与科学仪器的往复运动的插座的正确对准。由此，该对准装置帮助预防由于错误连接对电连接器的损坏。

在另一方面中，质谱仪包括本文描述的电连接组件。在一个实例中，多个高压馈通组件可组成在质谱仪的外壁处，并且形成以上描述的电连接组件的一部分的多个电连接器可被安排成进行往复运动。

附图说明

参照以下附图，仅通过举例描述了根据本披露的方面的高压馈通组件和电气组件，在附图中：

图1A是高压馈通组件的实施例的截面视图；

图1B是图1A的高压馈通组件的侧视图；

图2是包括具有多个电连接器的凸缘的电气组件的示意图；

图3是关于共用背板安排的图2的该多个电连接器的示意图；并且

图4是图2和图3的电气组件的进一步的实施方式的示意图；并且

图5是包括高压馈通组件和电气组件的质谱仪的示意图。

在适当的情况下，在附图中，类似的参考数字指示类似的元件。附图不按比例。

具体实施方式

首先参考图1A和图1B，存在高压馈通组件100。图1A以横截面示出组件100，并且图1B从侧视图示出相同的组件100(朝向电引线尖端观看以及沿电引线的纵轴观看)。

该组件包括被安排成承载电势V的高压引线10。绝缘套筒12捕获或封装电引线10，这样使得绝缘套筒12形成围绕电引线10的大部分长度缠绕的罩盖或护罩。从绝缘套筒12暴露的电引线10仅在一端处。电引线10的这个暴露部分可被安排成与往复运动的电插头或连接器进行电接触。

绝缘套筒12和电引线10被安排在凸缘14内，该凸缘14在科学仪器面处或在电源机柜面处。凸缘14牢固地保持刚性绝缘套筒12和电引线10，这样使得绝缘套筒12和电引线10延伸穿过凸缘14以便进入机柜或容器中(或从其出来)，凸缘14被安排在该机柜或容器中。绝缘套筒12和电引线10的外端从凸缘14的外面15伸出。绝缘套筒12被安排，这样使得绝缘套筒12的外端与凸缘14的外面15间隔最小距离D。可提供在绝缘套筒12与凸缘14之间的密封，这样使得在其中安排凸缘14的机柜中的真空可维持。

在图1A和图1B所示出的实例中，绝缘套筒12包括间隔物22，该间隔物22保持绝缘套筒12处于与电引线10间隔的配置。间隔物22在绝缘套筒12的从凸缘14的外边缘伸出，距凸缘14的外面15最远的端部处形成。在所示出的实例中，间隔物22在绝缘套筒12中一体形成。此处，间隔物22形成对于绝缘套筒12以及在电引线10与绝缘套筒12的内壁之间存在的空气隙或间隔区域的盖或密封。电引线10和间隔物22均由刚性材料形成。例如，绝缘套筒12可由陶瓷形成，并且电引线10可是低电阻刚性接线。

适配器本体16被放置与凸缘14的外面15成间隔关系。适配器本体16具有延伸穿过它的中心的空腔17或孔。空腔17或孔的壁与绝缘套筒12的壁相比较厚。绝缘套筒12和电线10的从凸缘14的外面15伸出的部分被安排成延伸至适配器16内的空腔17中。绝缘套筒12被放置在适配器16的空腔17中，这样使得电引线10的暴露部分被安排在适配器本体16的空腔17内。此外，适配器本体16被放置，这样使得间隔或空气隙20径向围绕绝缘套筒12维持并且也相对于凸缘14的外面15维持。

通过使用围绕绝缘套筒12安排的套环或间隔物18以这种间隔关系保持适配器16。具体地，套环18在绝缘套筒12的外表面与适配器本体16内的空腔17的内表面之间延伸。套环18将适配器本体16牢固地保持在适当位置。这样，空气隙20围绕绝缘本体12维持以及在适配器本体16与凸缘14之间维持。此外，最小距离D维持在绝缘套筒22的邻接电引线10的暴露部分的端部与凸缘14的外面15之间。

在图1A和图1B所示的实例中，套环18形成围绕绝缘本体12的完整环。如在图1B处可见，套环12在绝缘套筒12的表面径向向外到适配器16的空腔17的内壁之间邻接。因此，套环18形成阻挡或封锁围绕绝缘本体12的空气隙20的完整的、未破坏的盘。套环18被安排，这样使得在电引线10的尖端与凸缘14的外面15之间不存在通过适配器本体16中的空腔17的开放通路。此处，套环18是O形环(由橡胶化处理的材料制成)，该O形环位于适配器本体16的空腔17的内表面中的沟道24中。O形环的直径被选择以便围绕绝缘套筒12紧密配合。

在使用中，高压电源供电可连接至电引线10。凸缘14可连接至地面。在绝缘套筒12的外部部分(此处，间隔物22)与适配器凸缘14的外面15(例如，与适配器部分相对的面)之间的间隔D提供特定的表面绝缘长度。最小间隔D被选择成足够的，这样使得对于供给至连接器组件100的给定电压，微放电不发生。这样，任何给定的连接器组件100的额定值可根据距离D来设计，以用于承载具体的电压。随着待承载的电压增加，距离D的值将呈指数增加。

有益地，在所描述的配置中，空气隙20围绕绝缘套筒维持。套环18中断和阻塞在高压引线10与凸缘14的面15之间的空气隙20(该凸缘连接至地面)。因此，在绝缘套筒12的最靠近电引线10的尖端或暴露部分的表面处产生的电荷不能形成通向地面的路径。这样，对于给定间隔来说，微放电显著地减少。此外，与在其中不设置套环的组件相比，预防微放电所需的距离D将明显地减少。

在没有套环的情况下，用于在绝缘套筒处的任何积累的电荷的通向地面的最低电阻路径是沿着绝缘套筒表面通过空气。这是因为空气的导电性高于组件的将电引线连接至地面的其他部件(例如，与绝缘套筒本身的导电性相比)。在所描述的配置中，套环阻塞空气隙，并且因此明显增加通向地面的路径的电阻。在高压引线的暴露区域与地面之间所需的间隔因此取决于通向地面的最低电阻剩余路径以及外加电势。

绝缘套筒本身可能不是完美的绝缘体。例如，尽管陶瓷绝缘套筒的导电性可能比空气的导电性低得多，但该导电性仍为有限的。因此，在跨绝缘套筒放置足够高的势梯度的情况下，该绝缘套筒本身将为积累的电荷提供通向地面的路线。这样，在所描述的组件中，为了预防微放电，所需的间隔D仍需要足以预防积累的电荷通过绝缘套筒传导的间隔。

对高压组件100的各种修改对于技术人员也将是显而易见的。例如，绝缘套筒12可由单件组成，该单件从适配器本体的空腔连续延伸，穿过凸缘14并且延伸至科学仪器中。可替代地，绝缘套筒12可由第一区段和第二区段组成。例如，第一区段可被定位成与凸缘14相交，并且第二区段可连接至该第一区段并且延伸至适配器凸缘16的空腔17中。这些区段可具有相同的直径，或具有不同的直径。在两种情况下，绝缘套筒12在连接器组件100内提供围绕电引线10的大部分纵向长度的绝缘层。

尽管绝缘套筒12在目前描述的实例中包括间隔物22(以便支持绝缘套筒12与电引线10成间隔关系)，但间隔物22是不需要的。此外，尽管在所描述的实例中，间隔物22被示出为驻留在绝缘套筒12的端部处，但间隔物22可位于沿绝缘套筒12的长度的任何地方，这样使得绝缘套筒12被支持与电引线10成间隔关系。此外，在一些实施方案中不存在间隔物，这样使得绝缘套筒12与电引线10沿其长度的大部分直接接触。

在图1A和1B所示出的实例中，套环18包括设置在适配器空腔17的内壁处的沟道、槽口或轮廓24中的O形环。然而，套环18可与适配器本体16或绝缘套筒12一体形成。可替代地，套环18可通过另一个装置连接至适配器本体16或绝缘套筒12。此外，套环18不需要是O形环，但可以是塑料套环，或由另一种材料制成的套环。理想地，该材料将是绝缘的。

该绝缘套筒可由具有低导电性和高介电强度的任何材料形成。例如，绝缘套筒可包括陶瓷或玻璃。

在以上描述的实例中，套环18是邻接本体，该邻接本体在绝缘套筒12与适配器本体16的空腔17的内壁之间延伸，被设置围绕绝缘构件12而不具有间隙或孔。尽管这可能是针对套环18的最有利的配置，但套环18可被设置具有在套环18内的小孔、间隙、或裂缝。

电引线10、绝缘套筒12和适配器凸缘16的腔空17被展示成在垂直于电引线10的纵向方向的方向上具有圆形横截面。然而，该横截面可能同样是正方形或具有任何其他形状，从而提供设置在绝缘套筒12的周围的最小空气隙。

尽管未在图1A和图1B中示出，但组件100可连接至往复运动的插座，这样使得电引线10连接至电触点。电引线10可被配置成将电信号供给至插座处的电触点或从其接收电信号。

在图1A和图1B的实例中，适配器本体16形成围绕单个绝缘套筒12和电引线10的本体。然而，适配器本体16可与多个绝缘套筒和电引线共享。这样，适配器本体16可形成“插头”的本体。FIG在这种情况下，根据所描述的配置，每个绝缘套筒和电引线将封装在穿过适配器本体的专用空腔或孔中。图2示出凸缘或馈通件210的外表面。多个连接器212被安排在凸缘210的表面中。连接器212可与科学仪器处的插头或插座进行往复运动。

该多个连接器212成组安排。在这个实例中，该多个连接器212以第一组214、第二组216、和第三组218安排。连接器212被安排在凸缘210中，这样使得第一组连接器214中的每一个连接器被安排具有距第二组连接器216中的每一个连接器的最小间隔A。间隔A可不小于预先确定的间隔。

电源(未示出)连接至连接器212中的每一个连接器。该电源被安排成将电压供给至每个连接器212。在特定的实例中，电源被安排成将第一、高平均电压(如10kV)供给至第一组连接器214，并且将第二、较低平均电压供给至第二组连接器216(例如，100V)。在第一组连接器214与第二组连接器216之间的最小间隔A与在第一平均电压与第二平均电压之间的势差相关。例如，距离A可能与在第一电压与第二电压之间的势差具有指数关系。在以上呈现的实例中，势差将是大约9.9kV，并且间隔A将被需要是大约290mm。

连接器212被分组，这样使得类似的电势被施加至一个组内的连接器。因此，在所描述的实例中，第一组214中的连接器可承载在kV范围中的电压，而由第二组216承载的电压可仅为几伏。一般，每个组的连接器承载与同一组中的其他连接器相同的量级的电压。因此，间隔A与由两个组214、216承载的电压的量级差成比例。势差越大，需要的间隔越大。间隔是足以避免在承载相异电势的连接器处的微放电的距离。

进一步，成组的销可被安排在凸缘处，每个连接至电源。例如，第三组连接器218可被安排与第一组214和第二组216间隔。在第二组216与第三组218之间的间隔F再一次与由电源供给至每一组的电压差成比例。在存在大势差的情况下，在这些组之间提供大得多的间隔。在使用中，连接器212可各自承载不同于该组中的其他连接器的电压。然而，在一组内的所有连接器将承载类似量级的电压。

理想地，该间隔可通过在凸缘210的面处将这些组的连接器214、216、218分类来优化。因此，在所示出的实例中，第二组216可承载平均电势，该平均电势在由第一组214承载的高压与由第三组218承载的非常低的电压的中间。例如，所示出的组件可被安排，这样使得第一组214承载在千伏(kV)范围中的电压，第二组216承载在伏特(V)范围中的电压，并且第三组218承载在毫伏(mV)范围中的电压。然后根据在这些组之间的势差来选择间隔A和F。这样，在第一组214与第三组218之间需要比在第一组214与第二组216或第二组216与第三组218之间大得多的间隔。因此，将第二组216放置在第三组218之间使安排连接器的总体区域最小化。

从而，电连接器212在凸缘210中“分类”，这样使得提供由连接件212承载的电压的势梯度。适当的间隔被设置在每个连接器212之间，以便维持避免销之间的微放电的空气隙。然而，所描述的安排优化这些销的安排，这样使得间隔最小化。在每一组内，电连接器212也被安排成彼此间隔。例如，第一组连接器214内的每个连接器通过不小于距离B的距离来彼此间隔。第二组216内的连接器通过不少于距离C的距离来彼此间隔。类似地，第三组218中的连接器通过不小于E的距离来彼此间隔。距离B、C和E与由该组内的连接器中的每一个连接器所承载的电压之间的势差相关。该距离被选择来维持预防连接器之间的微放电所需的空气隙。

如技术人员将理解的，尽管在本文中仅描述三组连接器，但任何数目组的连接器可被安排在凸缘处。这些连接器将被安排，以便根据由每组内的连接器承载的平均电压来将该凸缘内的这些组分类。因此，在外加电势中的梯度跨凸缘处的连接器建立。

在成组的连接器之间所需的以便预防微放电的距离取决于多个因素。在电极之间所需的距离将取决于势差并且还取决于电荷可通过的介质的介电强度。在承载高压的连接器处，通过在绝缘体表面处积累的电荷的移动，微放电发生。这由于空气与绝缘材料相比低的介电强度而发生。这样，当两个电极之间的距离或表面积增加，或可替代地如果在两个电极之间的路径的介电常数增加时，在微放电发生之前可在两个电极之间施加的电压差将是更大的。

在图2中的连接器中的每一个连接器连接至背板320，如图3所示。共用背板320提供刚性板，在该刚性板上电连接彼此平行安排。在背板320处，每个连接件相对于共用地电位或销来参考定位。在背板320处的电联动可被设置成在该板处的导电轨迹。因此，在轨迹之间的间隔是固定的。在背板320处的电连接或电联动中的每一个连接器的路径或布局被具体地设计，以便维持至少一个最小的所需的间隔。

以上关于图2描述的电连接器212在图3中被示出连接至背板320。至背板320的这些连接器和连接件被安排，以便维持在连接之间所需的空气隙。特定地，至第一组214中的电连接器的背板320的连接被安排与至第二组216中的那些连接件的背板320的连接处于间隔关系。该间隔不小于距离A。此处，距离A是以上关于凸缘210处的第一组连接器214和第二组连接器216的间隔描述的相同的最小间隔。距离A与由至背板320的第一组214和第二组216的连接器和连接件中的每一者所承载的平均电势差成比例。具体地，距离A与由每个组承载的平均电势差成指数比例。

在图3中，第三组电连接器218也连接至共用背板320。这些被连接成与第一组214和第二组216间隔。特定地，第三组218与第二组216间隔不小于F的距离。在这个实例中，这些距离或间隔是如以上所描述的用于在凸缘210中的电连接器的安排的相同的最小间隔。因此，这些间隔根据由第一组214、第二组216和第三组218中的每一者所承载的平均电势差来建立。在存在更大的电势差的情况下，在这些连接之间所需的以便避免微放电的间隔是更大的。

此外，第一组214电连接器中的每一个电连接器在连接至背板320时彼此间隔。例如，至第一组214的背板320的连接彼此间隔距离B，并且第三组218的连接彼此间隔距离E。图3中示出的间隔相应于图2中示出的那些间隔。

在一些情况下，至背板320的连接以及更尤其是组214、216、218至背板320的连接可被安排成提供跨背板320的势梯度。换言之，可提供这些连接，这样使得高压连接中的每一个高压连接被安排在背板320的平面表面的第一端部或区域处，低压连接被安排在背板320的平面表面上的相对端部或相对区域处。承载中间电压的剩余连接件可被配置在中间。因此，跨背板320产生电势梯度。

在图3中示出的实例使用刚性接线322，以便将连接器中的每一个连接器连接至共用背板320。换言之，接线或引线322是硬的并且可形成或成型，接线322保持所形成的形状。刚性接线322中的每一条刚性接线被成型成用于维持每条接线322之间的间隔。接线322可被要求彼此交叉，尤其在凸缘210处的连接器的配置不相应于在背板320处优选的所需的电势梯度时。因此，使用刚性或固定形状的接线322特别有益于维持在凸缘210处的电连接器与背板320之间的连接或联动的固定配置。相比之下，使用柔性接线将允许联动移动的可能性，并且因此可导致在接线之间的空气隙和可能的微放电或甚至电弧的减少。

如图3所示，刚性接线322被成型成用于根据所承载的电压来维持在连接器组214、216、218之间的先前需要的间隔。这样，连接至第一组214中的连接器的刚性接线322中的每一条接线与连接至第二组216的连接器的接线间隔例如至少一个间隔A。此外，也可维持在连接至同一组和其他组的连接器的接线之间的其他间隔(例如，B、C、E或F)。

在图3中示出的电气组件根据所承载的电势展示所有部件之间的固定间隔。这具有多个优点。第一，维持足以预防连接件之间的微放电的空气隙。第二，可优化每个连接件之间的间隔，而无需允许将接线移动考虑在内的过量间隔。第三，连接组件是“模块化的”并且允许所有电连接件作为一个区段或单个元件移动。

电气组件的优选实例在图4中示出。以上关于图2和图3描述的凸缘210(并且包括多个电连接器212)安装在机柜426的外壁中。此处，凸缘210的本体由绝缘材料组成。以上参考图3论述的背板320被封装在机柜426内。多条刚性接线322被安排在机柜426内，以便连接在凸缘210处的电连接器和背板320。使用机柜426来封装上述电气组件允许同时连接或断开多个电连接器中的每一个电连接器，其中，插座或连接器438被安排在科学仪器424的壁中。

在凸缘210处的多个电连接器中的每一个电连接器包括推入式连接器428。每个推入式连接器428被封装在绝缘外壳444中，该绝缘外壳在凸缘210的面处围绕推入式连接器428。推入式连接器428被安排成接收电插座438在科学仪器424处的电引线442。当在机柜212处的电连接器与在科学仪器424处的电连接器438接合时，电引线442推压推入式连接器428，从而导致推入式连接器428偏置抵靠电引线442。

使用推入式连接器428预防在连接器处形成任何小的空气隙，并且还帮助提供更好的电接触。此外，使用围绕每个推入式连接器428的绝缘外壳444提供在高压引线与地面之间的附加电阻。推入式连接器428与绝缘外壳444和绝缘凸缘210一起明显减小所需的最小间隔以便预防微放电。

如在图4处示出的，推入式连接器428也设置在每条刚性接线322至背板320的连接处。再一次，这确保在刚性接线322与背板320之间的良好电接触。

机柜426被密封，这样使得该机柜的内部与该机柜的外部电绝缘。换言之，机柜426形成密封的、绝缘的空腔或模块。这允许更安全地处理将包含高压连接的机柜426。单个输入电源(未示出)可提供至机柜426，并且更具体地提供至背板320。这有助于调节背板320处的电连接，这样使得由这些连接中的每一个连接所承载的电势以共用的电源作参考。

密封的机柜426被设置有空调器(在图4中未示出)。该空调器调节机柜426内的空气特性。具体地，该空调器调节机柜426内的温度和湿度。调节机柜426内部的温度有助于减少放电事件，并且维持通过刚性接线322和电连接器212供给的电压的总体稳定性。

图4的机柜426进一步安装在轨道432上。在所示出的实例中，具有连接至轨道432的轮434的机柜426被安装，尽管至轨道432的其他类型的可移动连接可由技术人员设想。机柜426的轨道安装允许更容易地连接或断开在凸缘210处的多个电连接件。这特别有益于允许断开这些电连接件，以用于维护或样本加载。通过机柜426在轨道432上相对于科学仪器424的移动，多个电连接件212可容易同时断开或连接。

机柜426进一步包括对准装置436、440，以便辅助使用者将机柜426与科学仪器424正确对准。图4中示出的对准装置436、440是在机柜426处的销436，该销436由科学仪器424处的插座440接收。然而，该对准装置可由在机柜和科学仪器处的对准标记，或其他类型的对准装置组成。

对所描述的实施例的特征的修改对于技术人员将是显而易见的，并且这些旨在形成本发明的一部分。例如，刚性接线322可包括沿它们的大部分纵向长度的绝缘盖。换言之，该刚性接线可涂覆有绝缘材料(例如，特氟隆)，该绝缘材料沿接线的长度包裹该接线，从而仅暴露该接线与其他部件进行接触的端部。在使用绝缘盖的情况下，预防微放电所需的刚性接线322之间的间隔可小于当未覆盖这些接线时所需的间隔。

如以上参考图4描述的，电连接器212中的每一个电连接器可包括绝缘外壳444。这个绝缘外壳444形成围绕每个电连接器212的周长的绝缘壁。换言之，电连接器212与绝缘外壳444同心。绝缘外壳444可有利于“阻塞”连接器之间的间隙，由此增加在这两个连接器之间形成的任何电荷承载路径的电阻。此外，跨绝缘体的表面距离增加。因为这样，在两个连接器或连接器组之间所需的总体间隔可能小于预防微放电另外所需的间隔。换言之，在这些连接器之间的有效间隔或空气隙大于实际间隔。在其他实例中，多个电连接器212可能不包括绝缘外壳。在情况是这样时，在这些电连接器之间所需的以便预防微放电的间隔将是更大的。

在图4的实例中，该间隔被描述为与至背板的不同组的电连接器、刚性接线和连接件之间的间隔相同。这是预防微放电所需的最小间隔。然而，在一些配置中，在组件的不同部件之间的最小间隔可不同。例如，通过使用围绕多个电连接器212中的每一个电连接器的绝缘外壳444，避免微放电所需的连接器之间的间隔可能减小。类似地，使用围绕刚性接线322的绝缘盖可减小必须的间隔。然而，在至背板的连接件之间不提供附加绝缘的情况下，所需的间隔可以是相对较大的。该电连接组件可被安排成使每组的每个部件之间的间隔最小化。因此，在一些情况下，第一组电连接器与第二组电连接器之间的间隔例如可能小于至背板的第一组连接件与至背板的第二组连接件之间的间隔。有利地，这些间隔将被优化，这样使得在承载不同量级的电压的组之间维持的距离被维持为大于在任何给定部件之间所需的距离。

尽管在图4处示出的并且在上文进行描述的多个电连接器考虑推入式连接器以便接收电引线，但如果该多个电连接器包括插头或插座，那么所描述的电气组件将是同样有利的。特定地，多个电连接器可各自包括如以上关于图1A和图1B所描述的高压馈通组件。这可提供用于优化预防微放电所需的间隔的附加优点。

以上描述的高压馈通组件和电连接组件特别有益于在质谱仪中使用。质谱仪需要向离子源供给高压(例如，10kV)。此外，施加到质谱仪的电压必须是非常稳定的，以便允许具有最高分辨率的测量。因为对外加电势的高稳定性的要求，所以微放电事件可能是特别有问题的，并且可在质谱仪外部处的高压连接器的空气界面处观察。此外，在大范围的电压下，可能需要连至质谱仪的大数目的电连接件。这样，在不同的连接器之间的微放电的风险增加。

鉴于这些考虑，当在质谱仪的电连接件处实施时，以上描述的高压馈通组件可能是特别有益的。以上描述的多个高压馈通件可安排在封装质谱仪的空腔壁处。

结合高压馈通组件和电连接组件的质谱仪的特定实施例在图5中示出。图5示出双聚焦质谱计500的示意性图示。这些离子在离子源540处产生，该离子源540由通过连接器214、216、218、438连接的模块化电源426来供电。这些离子加速并且经过静电分析器(ESA)542，该静电分析器(ESA)辅助聚焦离子束并且选择具有所需能量的离子。这些离子接下来进入聚焦四极544以便进一步聚焦该离子束。在离开该聚焦四极时，离子束经过可调节的孔板546，并且然后向前穿过在电磁扇区548处的磁场。该磁场根据离子束内的离子的质/荷比来分隔开它们。分隔开的离子束随后经过分散四极550，并且然后到达检测器552用于分析。

电源模块426可包括如以上关于图4描述的电连接组件。例如，该电源可包括轨道安装机柜426，其包括具有固定的配置和间隔的至背板320的多个电连接212。连接器214、216、218、438中的每一个连接器可包括凸缘210，这些凸缘各自具有安排在其中的多个电连接器212。根据以上参考图3描述的实例，电连接器212可能以有序的或分等级的方式来安排。

此外，在质谱仪处的电连接器中的每一个电连接器可包括以上关于图1描述的高压馈通组件100。根据以上关于图4描述的实例，这些可与电源的电连接器进行往复运动。

对以上的实施例的特征的许多组合、修改或更改对于技术人员将是显而易见的，并且旨在形成本发明的一部分。具体关于一个实施例或实例描述的任何特征可通过进行适当的改变而在任何其他实施例中使用。

Claims (19)

1.一种高压馈通组件，包括：

(a)电引线，该电引线在纵向方向上延伸；

(b)绝缘盖，该绝缘盖捕获该电引线并且沿该电引线在该纵向方向上延伸，该绝缘盖具有在垂直于该纵向方向的轴线上所限定的宽度；

(d)凸缘，该绝缘盖延伸穿过该凸缘并且由其保持，这样使得被该绝缘盖捕获的该电引线延伸穿过该凸缘但与其相绝缘；

(c)适配器本体，该适配器本体被保持与该凸缘成间隔关系，该适配器本体具有延伸穿过其的空腔，该适配器本体的该空腔的宽度大于该绝缘盖的该宽度，其中，从该凸缘延伸的该绝缘盖和该电引线的一部分延伸至该空腔中；以及

(e)套环，该套环被安排在该适配器本体空腔中，在该适配器本体与该绝缘盖之间径向延伸，以便保持该绝缘盖和电引线，这样使得该绝缘盖与该适配器本体中的该空腔的那些壁径向间隔开，并且以便支持该适配器本体与该凸缘成所述间隔关系。

2.如权利要求1所述的组件，其中，该套环在该适配器本体与该绝缘盖之间在该径向方向上邻接地延伸，以便在该纵向方向上阻塞该空腔。

3.如权利要求1或权利要求2所述的组件，其中，在该绝缘盖的被布置于该适配器本体的该空腔内的端部与该凸缘的与该适配器本体相对的面之间在该纵向方向上的间隔是最小距离D。

4.如权利要求1或权利要求2所述的组件，进一步包括间隔物构件，该间隔物构件被安排成支持该绝缘盖与该电引线成间隔关系。

5.如权利要求4所述的组件，其中，该间隔物构件形成于该绝缘盖的被布置于该适配器本体的该空腔内的端部处。

6.如权利要求4所述的组件，其中，该间隔物构件与该绝缘盖在其端部处一体形成。

7.如权利要求4所述的组件，其中，该套环被安排在该绝缘盖的纵向长度上在该间隔物与该凸缘之间的一个位置处。

8.如权利要求4所述的组件，其中，该套环被安排在该绝缘盖的该纵向长度上在该间隔物与该适配器本体的被布置成与该凸缘相对的面之间的一个位置处。

9.如权利要求1或权利要求2所述的组件，其中，该套环由绝缘材料形成。

10.如权利要求7所述的组件，其中，该套环由绝缘材料形成。

11.如权利要求1或权利要求2所述的组件，其中，该套环是O形环。

12.如权利要求7所述的组件，其中，该套环是O形环。

13.如权利要求9所述的组件，其中，该套环是O形环。

14.如权利要求10所述的组件，其中，该套环是O形环。

15.如权利要求1或权利要求2所述的组件，其中，该适配器本体由绝缘材料形成。

16.如权利要求15所述的组件，其中，该绝缘材料是聚缩醛。

17.一种质谱仪，包含或包括权利要求1或权利要求2所述的高压馈通组件。

18.一种质谱仪，包含或包括权利要求7所述的高压馈通组件。

19.一种质谱仪，包含或包括权利要求10所述的高压馈通组件。

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