DE1080217B - Arrangement for measuring the magnetic alternating field induction generated briefly in coil cores made of ferromagnetic material - Google Patents
Arrangement for measuring the magnetic alternating field induction generated briefly in coil cores made of ferromagnetic materialInfo
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Description
Anordnung zur Messung der in Spulenkernen aus ferromagnetischem Material kurzzeitig erzeugten magnetischen Wechselfeldinduktion Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung, die es gestattet, in einem Spulenkern aus ferromagne tisches Material kurzzeitig erzeugte magnetische Wechselfeldinduktionen, insbesondere im Sättigungsgebiet, mit Hilfe einer auf dem Spulenkern angeordleiten sekundären Meßwicklung, an der die auftretende Spannung elektrisch integriert und einem Verstärker mit geringem Ausgangswiderstand zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung nach Gleichrichtung mit Hilfe einer Diode einen Kondensator auflädt, dadurch zu messen, daß die an dem Kondensator auftretende Spannung durch einen Gleichspannungsmesser ermittelt wird. Die Anordnung arbeitet auf diese \Veise mit direkter Instrumentenanzeige der magnetisuchen Induktion und ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß durch einen automatischen Zeitschalter die magnetische Erregung des Kerns nur so kurzzeitig eingeschaltet wird, daß noch keine das Meßergebnis fälschende sowie den Spulenkern gefährdende Erwärmung desselben auftritt, daß ferner die Kapazität des Kondensators so groß bemessen ist, daß eine die Messung fälschende Entladung durch den Gleicbspannungsmesser während der notwendigen Ablesezeit verhindert ist, und daß der Ausgangswiderstand des Verstärkers so niedrig bemessen ist, daß der Kondensator während der Einschaltdauer des Zeit schalters praktisch vollständig aufgeladen wird.Arrangement for measuring the in coil cores made of ferromagnetic material briefly generated magnetic alternating field induction The invention relates on a measuring arrangement that allows tables in a coil core made of ferromagnetic Material briefly generated alternating magnetic field inductions, especially in the Saturation area, with the help of a secondary measuring winding arranged on the coil core, at which the occurring voltage is electrically integrated and an amplifier with low Output resistance is fed, whose output voltage after rectification with Using a diode to charge a capacitor, measure the amount on the capacitor occurring voltage is determined by a DC voltmeter. The order works in this way with direct instrument display of the magnetisearching induction and is characterized according to the invention in that by an automatic Time switch the magnetic excitation of the core is only switched on for a short time is that none falsify the measurement result or endanger the coil core Heating of the same occurs that furthermore the capacitance of the capacitor is so large is dimensioned that a false measurement discharge through the Gleicbspannmesser is prevented during the necessary reading time, and that the output resistance of the amplifier is dimensioned so low that the capacitor during the switch-on period the timer is practically fully charged.
Durch diese Merkmale kommt der Vorteil der Meßanordnung nach der Erfindung zustande, der darin besteht, daß der Gleichspannungsmesser den Induktions-Meßwert noch nach Verschwinden der Induktion im Kern ausreichend lange anzeigt, damit eine belueme Ablesung möglich ist. By these features comes the advantage of the measuring arrangement according to the Invention comes about, which consists in the fact that the DC voltmeter reads the induction reading even after the induction in the nucleus has disappeared for a long enough time, so that a belueme reading is possible.
Es ist bekannt, die magnetischen Eigenschaften von lernen aus ferromagnetischem Material, insbesonniere deren VETechselfeldpermeabilität und deren Magnetisierungskurve, auch Neukurve genannt, dadurch zu messen, daß auf dem Kern eine primäre Probewicklung angebracht wird, die von einem Wechselstrom durchflossen ist und damit ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, wobei der Strom in dieser Wicklung ein Maß für die magnetische Feldstärke ist, und daß mit Hilfe einer weiteren, sekundären Probewicklung die im Kern auftretende magnetische Induktion gemessen wird. Das Prinzip einer solchen bekannten Meßanordnung ist in Abb. 1 dargestellt. It is known to learn the magnetic properties from ferromagnetic Material, especially its VET alternating field permeability and its magnetization curve, also called new curve, to be measured by making a primary test winding on the core is attached, which is traversed by an alternating current and thus a magnetic Alternating field is generated, the current in this winding being a measure of the magnetic Field strength, and that with the help of a further, secondary test winding the im Magnetic induction occurring at the core is measured. The principle of such known measuring arrangement is shown in Fig. 1.
Die Abbildung zeigt den zu messenden Kern 1, der mit der primären Probewicklung2 versehen ist. Die letztere ist mit einer Wechselspannungsquelle 3 verbmlden. An dem in Serie mit der primären Probewicklung 2 geschalteten ohmschen Widerstand 4 entsteht durch den in dieser Wicklung fließenden Strom cin Spannungsabfall, dessen Scheitelwert durch den Spitzenspannungsmesser 5 gemessen wird. Dieser Spitzenspannungsmesser zeigt somit den Scheitelwert der magnetischen Feldstärke an. The figure shows the core 1 to be measured, the one with the primary Trial winding2 is provided. The latter is connected to an AC voltage source 3 connect. On the ohmic one connected in series with the primary test winding 2 Resistance 4 is created by the current flowing in this winding and a voltage drop, the peak value of which is measured by the peak voltmeter 5. This peak voltmeter thus shows the peak value of the magnetic field strength.
Die an einer weiteren, sekundären Probewicklung 6 entstehende Wechselspannung wird elektrisch integriert. Dies erfolgt im einfachsten Fall durch ein aus einem ohmschen Widerstand 7 und einem Kondensator 8 bestehendes Integrationsglied. Der ScheiteI-wert der am Ausgang des Integrationsglieds auftretenden Spannung wird durch einen Spitzenspannungsmesser 9 gemessen, der damit den Scheitelwert der magnetischen Induktion anzeigt. The alternating voltage generated on a further, secondary test winding 6 is integrated electrically. In the simplest case, this is done by one from one Ohmic resistor 7 and a capacitor 8 existing integration element. Of the The I-value of the voltage occurring at the output of the integration element is determined by a peak voltmeter 9 measured the peak value of the magnetic Indicates induction.
Mit Hilfe dieser Einrichtung ist eine Messung der Eigenschaften des Kerns 1 möglich. Dividiert man beispielsweise die Scheitelinduktion durch die Scheitelfeldstärke, so erhält man die Wechselfeldpermeabilität. Ermittelt man weiter die Wechselfeldpermeabilität für mehrere Scheitelfeldstärke-Werte und stellt sie als Funktion der Feldstärke graphisch dar, so ergibt sich die Magnetisierungskurve. With the help of this device a measurement of the properties of the Core 1 possible. For example, dividing the peak induction by the peak field strength, this is how the alternating field permeability is obtained. The alternating field permeability is also determined for several vertex field strength values and represents them as a function of the field strength graphically shows the magnetization curve.
Soll mit Hilfe der Meßordnung nach Abb. 1 beispielsweise die Sättigungsinduktion eines Kerns aus ferromagnetischem Material gemessen werden, so kann im allgemeinen der Feldstärkemesser 5 entfallen. Es wird der Feldstärkewert, bei dem die Messung erfolgen so-ll, in diesem Fall einmalig eingestellt. Danach kann die Sättigungsinduktion beliebiger Exemplare des gleichen Kerntyps gemessen werden, denn der Feldstärkewert ist bei Messung der Sättigungsinduktion nicht sehr kritisch, sofern er so groß gewählt wird, daß das Kernmaterial mit Sicherheit bis weit in die Sättigung magnetisiert wird. Should, for example, the saturation induction with the help of the measurement order according to Fig. 1 of a core made of ferromagnetic material can be measured in general the field strength meter 5 is omitted. It becomes the field strength value at which the measurement should be done, in this case set once. After that, the saturation induction of any specimen of the same core type can be measured, because the field strength value is not very critical when measuring the saturation induction, provided that it is chosen so large is that the core material is magnetized with certainty far into saturation will.
Außer der vorstehend beschriebenen Einrichtung zur Messung der magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Kerne, die den Vorteil hat, besonders einfach zu sein, sind noch verschiedene andere Anordnungen abweichender Konstruktion bekannt, die dem gleichen Zweck dienen. Beispielsweise ist es bekannt, die elektrische Integration der Spannung an der sekundären Meßwicklung statt mit Hilfe eines RC-Netzwerks durch Verwendung von Zeitschaltern zu bewirken. Man verwendet vorzugsweise zwei dieser Zeitschalter, die synchron mit der Meßwechsel spannung geschaltet werden und folglich als Zerhacker bezeichnet werden können. Die Offnungs- bzw. Except for the device described above for measuring the magnetic Properties of ferromagnetic cores, which has the advantage especially simple to be, various other arrangements of different construction are known, which serve the same purpose. For example, electrical integration is known the voltage on the secondary measuring winding instead of using an RC network Use of timers to effect. Two of these are preferably used Timers that are switched synchronously with the voltage measurement change and consequently can be called a chopper. The opening resp.
Schließzeitpunkte beider Zerhacker können in der Phasenlage zueinander verschoben werden, wodurch es möglich ist, aus einer Spannungs- bzw. Stromkurve bestimmte Zeitabschnitte herauszuschneiden.Closing times of both choppers can be in the phase relation to each other can be shifted, which makes it possible from a voltage or current curve to cut out certain periods of time.
Dadurch werden die Grenzen eines bestimmten Integrals über der Zeit festgelegt, und es ist möglich, mit Hilfe dieses Verfahrens beispielsweise die Magnetisierungskurve punktweise aufzunehmen. Die synchronen Zeitschalter stellen also hier den eigentlichen Integrationsmechanismus dar.This sets the limits of a certain integral over time set, and it is possible with the help of this method, for example, the magnetization curve record point by point. The synchronous time switches are the actual ones here Integration mechanism.
Die Erfindung macht jedoch von diesem Verfahren Leinen Gebrauch, weil die Genauigkeit der einfacheren und robusteren RC-Integration hier ausreicht und weil außerdem die RC-Integration bei jeder Meßfrequenz durchgeführt werden kann, wohingegen synchrone Zeitschalter nur für relativ niedrige Frequenzen realisiert werden können. However, the invention makes use of this method of linen, because the accuracy of the simpler and more robust RC integration is sufficient here and because the RC integration can also be carried out at any measurement frequency, whereas synchronous time switches are only implemented for relatively low frequencies can be.
Es kommt in der Praxis vor, daß Messungen an Kernen aus ferromagnetischem Material nur so kurzzeitig durchgeführt werden dürfen, daß die Zeit zum Ablesen des Meßwerts nicht ausreicht. Dies ist insbesondere bei Messung der Sättigungsinduktion der Fall. Durch die große Wechselfeldstärke, die dabei erforderlich ist, um das Kernmaterial bis weit in die Sättigung zu magnetisieren, wird häufig infolge der lsernverluste so viel Wärmeenergie frei, daß sich die Temperatur des Kerns während der Messung erheblich erhöht. Da nun der Wert der Sättigungsinduktion in hohem Maße von der Temperatur des ferromagnetischen Materials abhängt, wird somit eine Messung der Sättigungsinduktion bei genau definierter Temperatur unmöglich. In practice it happens that measurements on cores made of ferromagnetic Material may only be carried out so briefly that there is time to read of the measured value is not sufficient. This is especially true when measuring the saturation induction the case. Due to the large alternating field strength that is required to achieve the Magnetizing core material well into saturation is often due to the Learning losses release so much thermal energy that the temperature of the core increases during the measurement increased considerably. Since now the value of the saturation induction to a large extent depends on the temperature of the ferromagnetic material, thus becomes a measurement the induction of saturation at a precisely defined temperature impossible.
Es darf also in diesem Fall das Wechselfeld nur so kurzzeitig auf den Kern einwirken, daß sich noch keine nennenswerte Erwärmung des Kernmaterials ergibt. Je nach Kerumaterial können dabei sehr kurze Meßzeiten erforderlich werden. Jedes Meßinstrument hat bekanntlich eine gewisse Trägheit, d. h., es vergeht eine bestimmte Zeit, bis der Zeiger sich auf den Meßwert eingestellt hat. Außerdem benötigt der Beobachter eine gewisse Zeit, um den vom Instrument auge zeigten ,Vert einwandfrei zu erkennen. Kommt nun die maximal zulässige Meßzeit in die Größenordnung von einer Sekunde oder weniger, so ist damit eine einwandfreie Ablesung des Meßwerts nicht mehr möglich. In this case, the alternating field is only allowed to open for a short time affect the core so that there is still no significant heating of the core material results. Depending on the ceramic material, very short measuring times may be required. Every measuring instrument is known to have a certain inertia, i. that is, one passes certain time until the pointer has adjusted to the measured value. Also needed the observer a certain time around which the instrument's eye showed, vert flawlessly to recognize. Now comes the maximum allowable measuring time in the order of magnitude of one Second or less, it is not a perfect reading of the measured value more is possible.
Gemäß der Erfindung wird eine Meßanordnung angegeben, die diesen Nachteil vermeidet und bei der der Meßwert noch nach dem Abschalten des den Kern erregenden Wechselfelds genügend lange angezeigt wird, damit eine bequeme Ablesung möglich ist. According to the invention, a measuring arrangement is specified that this Avoids disadvantage and in which the measured value is still after the core has been switched off exciting alternating field is displayed long enough for easy reading is possible.
In Abb. 2 ist als Ausführungsbeispiel das Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Abbildung zeigt den zu messenden Kern 1 mit der primären Probewicklung 2, die aus der Wechselspannungsquelle 3 gespeist wird. Gemäß einem der Merkmale des Erfindungsgedankens ist ein Zeitschalter 10 in Reihe mit der primären Probewicklung 2 geschaltet. Dieser Zeitschalter, der in jeder bekannten Weise aufgebaut werden kann, schal- tet den die primäre Probewicklung 2 durchfließenden Strom für die Dauer ein, die in dem jeweiligen Fall zulässig ist. In Fig. 2 is the block diagram of an arrangement as an embodiment shown according to the invention. The figure shows the core 1 to be measured with the primary sample winding 2, which is fed from the AC voltage source 3. According to one of the features of the inventive concept, a time switch 10 is in series switched with the primary test winding 2. This time switch that is known in every Can be constructed in a way that tet the primary sample winding 2 flowing through Electricity for the duration that is permissible in the respective case.
Der Zeitschalter bei der Meßanordnung gemäß der Erfindung hat also allein den Zweck, die Meßdauer automatisch auf das zulässige Maß zu beschränken und damit zu verhindern, daß die Bedienungsperson aus Versehen die Erregung zu lange eingeschaltet läßt. Der Zeitschalter dient hier im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen keineswegs der elektrischen Integration, denn er wird nicht synchron mit der Äieß spannung geschaltet. The time switch in the measuring arrangement according to the invention thus has the sole purpose of automatically limiting the duration of the measurement to the permissible level and thus to prevent the operator from accidentally keeping the excitation for too long switched on. The time switch is used here in contrast to the known arrangements by no means of electrical integration, because it is not synchronized with the Äiess voltage switched.
Weiterhin trägt der Kern 1 die sekundäre Probewicklung 6, und die an dieser Wicklung auftretende Spannung wird durch das Integrationsglied 7, 8 integriert. Gemäß einem der weiteren Merkmale des Erfindungsgedankens wird die am Ausgang dieses Integrationsglieds auftretende Spannung einem Verstärker 11 mit geringem Ausgangswiderstand zugeführt. Furthermore, the core 1 carries the secondary sample winding 6, and the Voltage occurring at this winding is integrated by the integration element 7, 8. According to one of the further features of the inventive concept, the output of this Integrating element occurring voltage to an amplifier 11 with a low output resistance fed.
Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers wird mit Hilfe einer Diode 12 gleichgerichtet, und die so gewonnene Gleichspannung, deren Wert ein Maß für die im Kern 1 auftretende magnetische Induktion ist, lädt den Kondensator 13 auf. Gemäß einem der weiteren Merkmale des Erfindungsgedankens wird der Ausgangswiderstand des Verstärkers 11 so klein gewählt, daß die Aufladezeitkonstante, die der Kondensator 13 zusammen mit diesem Ausgangswiderstand bedingt, einen Bruchteil der Einschaltdauer des Zeitschalters 10 beträgt. Dadurch ergibt sich während der Einschaltdauer des Zeitschalters 10, d. h. während der Dauer des Meßvorgangs, eine praktisch vollständige Aufladung des Kondensators 13 auf den Scheitelwert der vom Verstärker 11 an die Diode 12 gelieferten Wechselspannung. Verstärker mit genügend geringem Ausgangswiderstand können ohne weiteres aufgebaut werden, beispielsweise unter Verwendung von Elektronen röhren, die als Kathodenstufe geschaltet sind. Solche Kathodenstufen besitzen bekanntlich bei Verwendung von Röhren mit großer Steilheit geringe Ausgangswiderstände. Die Bemessungsregel für den Wert des Ausgangswiderstands des Verstärkers 11 besteht gemäß einem der weiteren Merkmale des Erfindungsgedankens darin, daß der Ausgangswider stand so klein sein muß, daß während der durch den Zeitschalter 10 zwangläufig vorgegebenen kurzen Einschaltzeit der magnetischen Induktion der Kondensator 13 praktisch vollständig aufgeladen wird.The output voltage of this amplifier is made with the help of a diode 12 rectified, and the DC voltage thus obtained, the value of which is a measure for is the magnetic induction occurring in the core 1, charges the capacitor 13. According to one of the further features of the inventive concept, the output resistance of the amplifier 11 selected so small that the charging time constant that the capacitor 13 together with this output resistance, a fraction of the duty cycle of the timer 10 is. This results in the Time switch 10, d. H. during the duration of the measuring process, a practically complete one Charging of the capacitor 13 to the peak value of the amplifier 11 to the Diode 12 supplied alternating voltage. Amplifier with a sufficiently low output resistance can be easily constructed, for example using electrons tubes that are connected as a cathode stage. Such cathode stages are known to have when using tubes with a steep slope, low output resistances. the There is a rating rule for the value of the output resistance of the amplifier 11 according to one of the further features of the inventive concept in that the output counter stand must be so small that during the inevitably predetermined by the timer 10 short switch-on time of the magnetic induction of the capacitor 13 practically completely being charged.
Gemäß einem der weiteren Merkmale des Erfindungsgedankens wird die Gleichspannung, auf die der Kondensator 13 während des Meßvorgangs aufgeladen wurde, zur Anzeige des Werts der magnetischen Induktion mit Hilfe eines Gleichspannungsmessers 14 gemessen, wobei dessen Eingangswiderstand so groß bemessen ist, daß die Entlade.-Zeitkonstante, die der Kondensator 13 zusammen mit diesem Eingangswiderstand bildet, ein Vielfaches der gewünschten Ablesezeit beträgt. Dadurch wird erreicht, daß die Spannung, auf die der Kondensator 13 während des Meßvorgangs aufgeladen wurde, während der Ablesung des Werts der magnetischen Induktion am Gleichspannungsmesser 14 noch nicht wahrnehmbar absinkt. Gleichspannungsmesser mit genügend hohetn Eingangswiderstand lassen sich ohne weiteres aufbauen, beispielsweise unter Verwendung eines höchstempfindlichen Drehspul-Meßinstruments oder in Form eines Röhrenvoltmeters. According to one of the further features of the inventive concept, the DC voltage to which the capacitor 13 was charged during the measurement process, to display the value of magnetic induction using a DC voltmeter 14 measured, the input resistance of which is so large that the discharge time constant, which the capacitor 13 forms together with this input resistance, a multiple the required reading time. This ensures that the tension on that the capacitor 13 was charged during the measuring process, during the reading the value of the magnetic induction at the DC voltmeter 14 is not yet perceptible sinks. DC voltmeters with a sufficiently high input resistance can be used easily set up, for example using a highly sensitive Moving coil measuring instrument or in the form of a tube voltmeter.
Der Vorteil der Meßanordnung gemäß der Erfindung liegt somit darin, daß die in einem Spulenkern aus ferromagnetischem Material kurzzeitig, beispiels. weise für Sekundenbruchteile, erzeugte magnetische Induktion gemessen und ihr Wert noch genügend lange Zeit: nach Verschwinden des Magnetfelds an einem Meßinstrument abgelesen werden kann. Ins besondere bei Messung der Säftigungsinduktion ist dies notwendig, damit eine das Meßergebnis fälschende sowie den Spulenkern gefährdende Erwärmung des Kerns vermieden wird. Während der dadurch bedingten kurzen Einschaltdauer wäre eine Ablesung des Meßinstruments ohne Anwendung des Prinzips der Erfindung unmöglich; erst die Erfindung ermöglicht die Ablesung des Meßwerts noch nach erfolgter, automatischer Abschaltung der Erregung. The advantage of the measuring arrangement according to the invention is thus that in a coil core made of ferromagnetic material briefly, for example. way for fractions of a second, generated magnetic induction measured and its value still Long enough time: read on a measuring instrument after the magnetic field has disappeared can be. This is particularly necessary when measuring the induction of saturation, thus a heating that falsifies the measurement result and endangers the coil core of the core is avoided. During the resulting short on-time it is impossible to read the measuring instrument without applying the principle of the invention; only the invention enables the reading of the measured value even after it has been carried out, more automatically Shutdown of excitation.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß, beispielsweise bei Messung der Sättigungsinduktion, die Belastbarkeit der zur Erregung des Magnetfelds benutzten primären Probewicklung 2 und der Wechselspannungsquelle 3 für wesentlich geringere Stromstärken ausgelegt werden kann als während des Meßvorgangs tatsächlich auftreten, denn durch die kurze Meßdauer wird eine thermische Überlastung dieser beiden Organe weitgehend vermieden. Dies ist besonders wertvoll, wenn Messungen bei sehr starker Erregung, beispielsweise von vielen tausend Amperewindungen, ausgeführt werden. Another advantage is that, for example, when measuring the saturation induction, the resilience of the one used to excite the magnetic field primary test winding 2 and the AC voltage source 3 for much lower Currents can be designed as actually occur during the measurement process, because the short duration of the measurement causes a thermal overload of these two organs largely avoided. This is especially valuable when taking measurements at very strong Excitation, for example of many thousands of ampere-turns, are carried out.
PATENT NNSPBUCII Anordnung zur Messung von in Spulenkernen aus ferromagnetischem Material kurzzeitig er- zeugten magnetischen Wechselfeldinduktionen, insbesondere im Sättigungsgebiet, mit Hilfe einer auf dem Spulenkern angeordneten sekundären Meßwicklung, an der die auftretende Spannung elektrisch integriert und einem Verstärker mit geringem Ausgangswiderstand zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung nach Gleichrichtung mit Hilfe einer Diode einen Kondensator auflädt, dessen Spannung durch einen Gleichspannungsmesser ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein automatischer Zeitschalter (10) vorgesehen ist, durch den die magnetische Erregung des Kernes (1) nur so kurzzeitig eingeschaltet wird, daß noch keine das Meßergebnis fälschende sowie den Spulenkern (1) gefährdende Erwärmung desselben auftritt, daß ferner die Kapazität des Kondensators (13) so groß bemessen ist, daß eine die Messung fälschende Entladung durch den Gleichspannungsmesser (14) während der notwendigen Ablesezeit verhindert ist, und daß der Ausgangswiderstand des Verstärkers (11) so niedrig bemessen ist, daß der Kondensator (13) während der Einschaltdauer des Zeitschalters (10) praktisch vollständig aufgeladen wird. PATENT NNSPBUCII arrangement for measuring in coil cores made of ferromagnetic Material briefly generated alternating magnetic field inductions, in particular in the saturation area, with the help of a secondary arranged on the coil core Measuring winding, on which the occurring voltage is electrically integrated, and an amplifier is supplied with a low output resistance, its output voltage after rectification charges a capacitor with the help of a diode, the voltage of which is determined by a DC voltmeter is determined, characterized in that an automatic timer (10) is provided, through which the magnetic excitation of the core (1) only for a short time is switched on so that none falsify the measurement result and the coil core (1) dangerous heating of the same occurs, that also the capacitance of the capacitor (13) is dimensioned so large that a false measurement discharge through the DC voltmeter (14) is prevented during the necessary reading time, and that the output resistance of the amplifier (11) is dimensioned so low that the capacitor (13) during the Duty cycle of the timer (10) is practically fully charged.
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