DE2414081A1 - System to measure the temperature of an object - uses two thermocouples and differential amplification circuit and a temperature compensating resistor - Google Patents
System to measure the temperature of an object - uses two thermocouples and differential amplification circuit and a temperature compensating resistorInfo
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Abstract
Description
Temperaturkompnsierte Thermometer Schaltung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Objektes mit einem ersten Thermoelement, das in unmittelbarer Nähe des Objektes gebracht wird, dessen Temperatur gemessen werden sol. Temperature Compensated Thermometer Circuit The invention relates to a device for measuring the temperature of an object with a first thermocouple, that is brought into the immediate vicinity of the object, its temperature is measured will be sol.
Bei der Messung der Körpertemperatur des Menschen mit Hilfe üblicher Mittel, beispielsweise mittels eines Quecksilberthermometers treten vielerlei Nachteile auf. Beispielsweise muß man mehrere Minuten warten, bevor ein genauer Wert erhalten werden kann.When measuring the body temperature of humans with the help of usual Means, for example by means of a mercury thermometer, have many disadvantages on. For example, one must wait several minutes before obtaining an accurate value can be.
Während dieser Zeitspanne muß der Patient dauernd beobachtet werden, um sicherzustellen, daß er den Anzelgewert nicht absichtlich oder unabsichtlich durch Simulation oder Dissimulation beeinflußt.During this period of time, the patient must be observed continuously, to make sure that he doesn’t intentionally or unintentionally change the display value influenced by simulation or dissimulation.
Quecksilberthermometer sind verhältnismäßig teuer und müßen daher immer wieder verwendet werden. Das bedingt eine Sterilisierung des Thermometers nach jeder Verwendung, die natürlich wegen der Temperaturempfindlichkeit eines Thermometers chemisch statt thermisch vorgenommen werden muß.Mercury thermometers are relatively expensive and must therefore to be used over and over again. This requires the thermometer to be sterilized after each use, of course because of the temperature sensitivity of a thermometer must be done chemically instead of thermally.
Wenn die Sterilisierung sorglos oder nachläßig erfolgt; ist die Gefahr einer Krankheitsübertragung von Patient zu Patient groß.If the sterilization is careless or careless; is the danger disease transmission from patient to patient.
Da Thermometer aus Glas hergestellt sind, besteht bei einem Zerbrechen, beispielsweise, wenn die Temperatur bei einem Kind, einem Epileptiker oder-einer hysterischen Person gemessen wird, die Gefahr einer Verletzung durch Glas splitter und einer chemischen Vergiftung durch das Quecksilber.Since thermometers are made of glass, if they break for example, if the temperature in a child, an epileptic or a hysterical person is measured, the risk of injury from broken glass and chemical poisoning from the mercury.
Es besteht demgemäß das Problem, ein Thermometer zu schaffen, das eine schnelle, aber genaue Temperaturanzeige ermöglicht, das bei normaler Verwendung unzerbrechlich ist und nicht nach jeder Benutzung sterilisiert werden muß.There is accordingly the problem of creating a thermometer that enables a quick but accurate temperature reading that is possible with normal use is unbreakable and does not need to be sterilized after each use.
Als Lösung dieses Problems sind elektronische Temperaturmeßvorrichtungen unter Verwendung von Thermistoren bekannt geworden, die sich jedoch nicht als praktisch erwiesen haben, da Thermistoren große Widerstandsstreuungen besitzen und demgemäß nicht austauschbar sind, falls nicht untragbare Kosten in Kauf genolmnen werden. Der Preis selbst des billigsten Thermistors macht eine Verwendung als Wegwerfteil unmöglich. Bei klinischen Thermometern unter Verwendung von Thcrmistoren vermeidet man eine Sterilisierung durch Verwendung von wegwerfbaren Kunststoffhüllen, die über den Thermistor geschoben werden. Diese Hüllen vergrößern doch die Zeit zur Gewinnung einer Temperaturanzeige, so daß sich nur eine kleine Verbesserung gegenüber Quecksilberthermometern ergibt.As a solution to this problem, there are electronic temperature measuring devices using thermistors has become known, but this does not prove to be practical have shown that thermistors have large resistance spreads and accordingly are not interchangeable unless prohibitive costs are incurred. The price of even the cheapest thermistor makes it useful as a disposable part not possible. Avoid in clinical thermometers using thromistors one sterilization through the use of disposable plastic sleeves, the be pushed over the thermistor. These shells increase the time to Obtaining a temperature reading, so there is only a small improvement over it Mercury thermometers.
Für den Laborgebrauch sind Thermoelement-Thermometer bekannt, die jedoch bisher nicht als tragbare klinische Thermometer benutzt worden sind, und zwar wegen der Kosten für den erforderlichen Verstärker hoher Empfindlichkeit und wegen der Notwendigkeit, entweder das Bezugsthermoelement in einem Eiswaßerbad zu halten oder einen hochstabilen Spannungskompensator zu verwenden, der Änderungen der Umgebungstemperatur ausgleicht.For laboratory use, thermocouple thermometers are known that however, have not heretofore been used as portable clinical thermometers, and because of the cost of the high sensitivity amplifier required and because of the need to either use the reference thermocouple in an ice water bath keep or use a highly stable voltage compensator that changes the ambient temperature.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend erläuterten Probleme zu überwinden. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch ein zweites Thermoelement, das im wesentlichen identisch mit dem ersten Thermoelement ist und mit diesem gegensinnig in Reihe geschaltet ist, durch einen Zerhacker, der an das erste und zweite Thermoelement angeschaltet ist und die von diesen als Differenz erzeugte Ausgangsgleichspannung zerhackt, einen an den Zerhacker angeschalteten Verstärker für die zerhackte Ausgangsgleichspannung, einen an den Verstärker angeschalteten Gleichrichter für die zerhackte Ausgangsgleichspannung und eine an den Gleichrichter angeschaltete Anzeigevorrichtung, die die Temperatur des Objektes anzeigt und deren Anzeigewert proportional der von dem ersten und zweiten Thermoelement als Differenz erzeugten Ausgangsgleichspannung ist.The invention has set itself the task of those explained above To overcome problems. To solve this problem, the invention is based on a Device of the aforementioned Type and is characterized by a second thermocouple that is essentially identical to the first thermocouple and is connected in series in opposite directions by a chopper, the is connected to the first and second thermocouple and the difference between them generated DC output voltage is chopped, one connected to the chopper Amplifier for the chopped output DC voltage, one connected to the amplifier Rectifier for the chopped output DC voltage and one to the rectifier Switched on display device that shows the temperature of the object and its Display value proportional to the difference between the first and second thermocouples generated DC output voltage.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Teilansicht eines Gehäuses zur Aufnahme der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.The invention is described in more detail below with reference to the drawing. 1 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment of the invention; Fig. 2 is a schematic partial view of a housing for accommodating the circuit arrangement according to Fig. 1.
Wie Fig. 1 zeigt, ist das Thermoelement TC in Reihe mit m einem entgegengesetzt gepolten Bezugsthermoelement TC r mit ähnlichen Eigenschaften geschaltet. Die sich als Differenz ergebende Ausgangs spannung der Thermoelemente TC und m TC liegt über Leitungen 11 und 12 an einem Widerstand 13, r dessen eine Seite mit dem Emitter eines Transistors Trl und dessen andere Seite mit dem Emitter eines Transistors Tr2 verbunden ist. Der Koilektor des Transistors Tr2 liegt über einen festen Widerstand 14 an Masse und der Kollektor des Transistors Trl ist mit dem Schleifer eines Potentiometers 16 verbunden, das parallel zu einem Temperaturkompensationswiderstand 17 geschaltet ist. Zweckmäßig wird der Widerstand 17 in innigem thermischen Kontakt zu dem Bezugsthermoelement TC angeordnet. Der Widerstand 17 ist in Reihe mit einem r Festwiderstand 18 zwischen eine positive Spannungsquelle (nicht gezeigt) und Masse geschaltet.As Fig. 1 shows, the thermocouple TC is in series with m one opposite polarized reference thermocouple TC r switched with similar properties. Which output voltage of the thermocouples TC and m TC resulting from the difference is above Lines 11 and 12 at a resistor 13, one side of which is connected to the emitter of a transistor Trl and its other side with the emitter of a transistor Tr2 is connected. The coil of the transistor Tr2 is connected to a fixed resistor 14 to ground and the collector of the transistor Trl is with the wiper of a potentiometer 16 connected, which is connected in parallel to a temperature compensation resistor 17 is. The resistor 17 is expediently in intimate thermal contact with the reference thermocouple TC arranged. The resistor 17 is in series with a fixed resistor 18 between a positive voltage source (not shown) and connected to ground.
Die Transistoren Trl und Tr2 werden in bekannter Weise als Zerhackerschaltung (chopper) betrieben, um das von dem Meß-und Bezugsthermoelement TC bzw TC als Differenz erm r zeugte Gleichstromsignal zu zerhacken. Zur abwechselnden Ein- und Ausschaltung werden den Basisanschlüssen der Transistoren Trl und Tr2 über Widerstände 21 und 22 sawie Leitungen 23 und 24 Steuersignale zugeführt. Die Leitungen 23 und 24 führen zu den Kollektorkreisen von zwei Transistoren Tr3 und Tr4, die auf übliche Weise als astabiler Multivibrator geschaltet sind. Die Schwingfrequenz der Transistoren Tr3 und Tr4 wird durch den Wert der Widerstände 26, 27, 28, 29 und der Kondensatoren 31, 32 bestimmt und kann zweckmäßig auf etwa 1 kHz eingestellt werden.The transistors Trl and Tr2 are known as a chopper circuit (chopper) operated by the measurement and reference thermocouple TC or TC as the difference erm r generated dc signal to chop. For alternating switching on and off are the base terminals of the transistors Trl and Tr2 via resistors 21 and 22 sawie Lines 23 and 24 supplied control signals. The lines 23 and 24 lead to the collector circuits of two transistors Tr3 and Tr4, the are connected in the usual way as an astable multivibrator. The vibration frequency of transistors Tr3 and Tr4 is determined by the value of resistors 26, 27, 28, 29 and the capacitors 31, 32 and can expediently be set to approximately 1 kHz will.
Da in bekannter Weise die Ausgangsspannung eines typischen Thermoelements klein ist, beispielsweise kleiner 50 liV/OC, wird das zerhackte Gleichstromsignal von den Thermoelementen TC und TC über einen Kondensator 33 und einen Widerstand m r 34 dem Eingang eines empfindlichen Operationsverstärkers 36 zugeführt, beispielsweise vom Typ TAA 861 (Siemens AG). Der Ausgang des Operationsverstärkers 36 ist über einen veränderbaren Widerstand 37 mit dem Verstärkereingang verbunden, um mit Hilfe einer Gegenkopplung die Verstärkung einstellen zu können. Das Ausgangssignal des Verstärkers 36 wird der Basis eines Transistors Tr5 zugeführt, der als Emitterfolger geschaltet ist.As in a known way the output voltage of a typical thermocouple is small, for example less than 50 liV / OC, the chopped direct current signal is from the thermocouples TC and TC through a capacitor 33 and a resistor m r 34 fed to the input of a sensitive operational amplifier 36, for example of the type TAA 861 (Siemens AG). The output of op amp 36 is over a variable resistor 37 connected to the amplifier input to help with a negative feedback to adjust the gain. The output signal of the Amplifier 36 is fed to the base of a transistor Tr5, which acts as an emitter follower is switched.
Der Emitter des Transistors Tr5 ist über zwei Widerstände 41 und 42 mit den Kollektoren eines Transistorpaars Tr6 und Tr7 verbunden, die als Gleichrichter arbeiten. Dic Basis des Transistors Tr6 liegt über einen Widerstand 43 am Kollelrtor des Transistors Tr4 und die Basis des Transistors Tr7 in entsprechender Weise über einen Widerstand 44 am Kollektor des Transistors Tr3. Zwischen die Kollektoren der Transistoren Tr6 und Tr7 sind parallel ein Kondensator 46 und ein Meßinstrument 47 geschaltet. Die Transistoren Tr6 und Tr7 werden also abwechselnd mit der Frequenz des astabilen Multivibrators eingeschaltet.The emitter of the transistor Tr5 is through two resistors 41 and 42 with the collectors of a pair of transistors Tr6 and Tr7 tied together, that work as rectifiers. The base of the transistor Tr6 is connected through a resistor 43 at the Kollelrtor of the transistor Tr4 and the base of the transistor Tr7 in the corresponding Way through a resistor 44 at the collector of the transistor Tr3. Between the collectors of the transistors Tr6 and Tr7 are a capacitor 46 and a measuring instrument in parallel 47 switched. The transistors Tr6 and Tr7 thus become alternating with the frequency of the astable multivibrator switched on.
Im Betrieb wird das Thermoelement TC in Kontakt mit dem m Objekt gebracht, dessen Temperatur gemessen werden soll.During operation, the thermocouple TC is brought into contact with the object, whose temperature is to be measured.
Im medizinischen Bereich wird das Thermoelement beispielsweise abhängig von den Umständen in das Rektum oder die Backentasche des Patienten eingebracht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbéispiel ist die gesamte Schaltung einschließlich einer Spannungsquelle, beispielsweise einer 12-Volt-Batterie mit angeschlossener Regelschaltung (nicht gezeigt) in einem Gehäuse untergebracht, mit Ausnahme des Thermoelements TCm, das über ein Kabel mit einer Steckbuchse am freien Ende angeschlossen ist.In the medical field, for example, the thermocouple becomes dependent placed in the patient's rectum or cheek pouch by the circumstances. In a preferred embodiment, the entire circuit is included a voltage source, for example a 12-volt battery with a connected Control circuit (not shown) housed in a housing, with the exception of the Thermocouple TCm, which is connected via a cable with a socket at the free end is.
Wenn die Temperatur des Thermoelements TC über die des m Bezugsthermoelements TC steigt, wird eine Differenzspanr nung erzeugt, die durch die Transistoren Trl und Tr2 zu einem rechteckförmigen Wechselstromsignal zerhackt wird. Die Frequenz dieses Signales wird durch die Schwingfrequenz des mit den Transistoren Tr3 und Tr4 gebildeten Multivibrators bestimmt. Das zerhackte Signal wird durch den Operationsverstärker 36 verstärkt und durch die Transistoren TrG und Tr7 gleichgerichtet, die ebenfalls mit dem Multivibrator verbunden sind. Die an den Kollektoren der Transistoren Tr6 und Tr7 auftretende Differenzspannung wird durch das Meßinstrument 47 angezeigt, das, falls gewünscht, direkt in Grad geeicht werden kann. Der Kondensator 46glättet das gleichgerichtete Signal und beseitigt außerdem den aus dem Multivibrator herrührenden 1-kHz-Ton, der einen unter besonderer Anspannung stehenden Patienten stören könnte.If the temperature of the thermocouple TC exceeds that of the m Reference thermocouple TC increases, a voltage difference is generated, which is generated by the transistors Trl and Tr2 is chopped into a square wave AC signal. The frequency this signal is determined by the oscillation frequency of the transistors Tr3 and Tr4 formed multivibrator determined. The chopped signal is passed through the operational amplifier 36 amplified and rectified by the transistors TrG and Tr7, which also connected to the multivibrator. The at the collectors of the transistors Tr6 and Tr7 occurring differential voltage is indicated by the measuring instrument 47, which, if desired, can be calibrated directly in degrees. The capacitor 46 smooths the rectified signal and also eliminates the one emanating from the multivibrator 1 kHz tone that could disturb a particularly stressed patient.
Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, schwankt auch die Ausgangsdifferenzspannung der Thermoelemente TC und m TC so daß ohne Korrektur die Temperaturanzeige des Meßgerätes 47 fehlerhaft wäre. Es sei jedoch daran erinnert, daß der Widerstand 17 in innigem thermischen Kontakt zu dem Thermoelement TC angeordnet ist, so daß die Temperatur r des Widerstandes 17 der Temperatur des Bezugsthermoelementes TC sehr genau folgt. Bei einem bevorzugten Ausr führungsbeispiel ist der Widerstand so gewählt, daß er einen positiven Temperaturkoeffizient hat. Bei steigender Umgebungstemperatur fällt dann die Differenzspannung der Thermoelemente, aber die über dem Widerstand 17 erzeugte Spannung steigt an, und der über das Potentiometer 16 abgegriffene Bruchteil dieser Spannung wird dem Kollektorkreis des Transistors Trl zugeführt, wodurch im kompensierenden Sinn die Ausgangsspannung des Transistors Trl und demgemäß die Amplitude des an den Eingang des Operationsverstärkers 36 angelegten Signals verändert wird.When the ambient temperature changes, the output differential voltage also fluctuates of the thermocouples TC and m TC so that without correction the temperature display of the measuring device 47 would be faulty. It should be remembered, however, that the resistance 17 in intimate thermal contact is arranged to the thermocouple TC, so that the temperature r of the resistor 17 of the temperature of the reference thermocouple TC very closely follows. In a preferred exemplary embodiment, the resistor is chosen so that it has a positive temperature coefficient. When the ambient temperature rises then the differential voltage of the thermocouples drops, but the one across the resistor 17 generated voltage increases, and the fraction tapped off via potentiometer 16 this voltage is fed to the collector circuit of the transistor Trl, whereby im compensating sense the output voltage of the transistor Trl and accordingly the amplitude of the signal applied to the input of the operational amplifier 36 is changed.
Dadurch wird insgesamt die Schaltung im wesentlichen unabhängig von der Umgebungstemperatur, ohne daß das Bezugsthermoelement beispielsweise in ein Bad aus Schmelzwasser und Eis eingetaucht werden muß. Das Potentiometer 16 muß nur einmal bei der Eichung in der Fabrik eingestellt werden. Eine Neueinstellung ist nicht erforderlich, falls nicht irgendwelche Bauelemente ausgetauscht werden.As a result, the circuit as a whole is essentially independent of the ambient temperature without the reference thermocouple, for example in a Melt water and ice bath must be immersed. The potentiometer 16 only has to set once during calibration in the factory. A new hiring is not required unless some components are replaced.
Anstelle des Widerstandes 17 kann auch ein Thermistor zur Temperaturkompensation benutzt werden. Da ein Thermistor jedoch einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt, muß er dem Transistor Tr2 statt dem Transistor Trl zugeordnet werden. In typischer Weise wird der Widerstand 17 durch eine bestimmte Länge normalen Kupferdrahtes mit etWa 10 Ohm gebildet, und das Potentiometer 16 hat einen Wert von 100 Ohm.Instead of the resistor 17, a thermistor can also be used for temperature compensation to be used. However, since a thermistor has a negative temperature coefficient possesses, it must be assigned to the transistor Tr2 instead of the transistor Trl. In Typically, the resistor 17 is through a certain length normal copper wire with about 10 ohms, and the potentiometer 16 has one Value of 100 ohms.
Das Potentiometer 16 kann entfallen wenn die Länge und damit der Widerstandswert des Widerstandes 17 bei der Eichung auf den Optimalweft eingestellt werden. Das Meß-Thermoelement ist zweckmäßig aus einem Paar von Drähten aus unterschiedlichem Material gebildet, die an einem Ende punktverschweißt sind und in Isolierhüllen angeordnet sind. Die Drähte können an ihrem freien Ende zu Kontakten geformt sein, die in die mit dem Instrumentenkabel verbundene Anschlußbuchse eingesteckt werden können. Das Meß-Thermoelement läßt sich demgemäß außerordentlich billig herstellen, beispielsweise für wenige Pfennige, so daß es nach der Benutzung weggeworfen werden kann. Damit entfällt eine Sterilisation des Instrumentes nach der Benutzung.The potentiometer 16 can be omitted if the length and thus the resistance value of the resistor 17 can be set to the optimum value during calibration. That Measuring thermocouple is conveniently made from a pair of wires of different types Formed material that are spot welded at one end and placed in insulating sleeves are arranged. The wires can be shaped into contacts at their free end, which are plugged into the connection socket connected to the instrument cable can. The measuring thermocouple can accordingly be produced extremely cheaply, for example for a few pennies, so that it can be thrown away after use can. This means that there is no need to sterilize the instrument after use.
Fig. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 2 shows a practical embodiment of the invention.
Die gesamte Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 mit Ausnahme des Thermoelements TC aber einschliii1a 3iil2 geregelten m Stromversorgung (nicht gezeigt) ist in einem tragbaren Gehäuse 51 angeordnet. Das Gehäuse enthält ein Meßinstrument 47, das 0 0 zweckmäßig direkt in F oder C (oder beiden) geeicht ist. sowie einen Betriebsschalter 52, der mit der Stromversorgung verbunden ist, und einen Eichlmopf 53, mit dem die Anzeige des Meßinstrumentes auf Null gestellt wird. Das Thermoelement TC , das einen ersten Draht 54 und einen zweiten Draht m 56 aufweist, die durch Hülsen 57 und 58 isoliert sind, ist mit einer Steckbuchse 59 verbunden, die an das freie Ende eines flexiblen, zum Gehäuse 51 und damit zum Thermoelement TC r und zum Transistor Tr2 führenden Kabels 61 angeschloßen.The entire circuit arrangement according to FIG. 1 with the exception of the thermocouple TC but incliii1a 3iil2 regulated power supply (not shown) is in one portable housing 51 arranged. The housing contains a measuring instrument 47, the 0 0 is appropriately calibrated directly in F or C (or both). as well as an operating switch 52, the one with the power supply connected, and a Eichlmopf 53, with which the display of the measuring instrument is set to zero. The thermocouple TC, which has a first wire 54 and a second wire m 56 passing through Sleeves 57 and 58 are isolated, is connected to a socket 59 which is connected to the free end of a flexible, to the housing 51 and thus to the thermocouple TC r and to the transistor Tr2 leading cable 61 connected.
Die Erfindung ist vorstehend mit Bezug auf die Messung der Temperatur eines menschlichen Patienten heschrieben worden. The invention is above with reference to the measurement of temperature of a human patient.
Sie kann in gleicher Weise aber auch zur Messung der Temperatur eines Tieres, beispielsweise eines Hundes oder einer Katze oder auch zur Messung der Temperatur eines leblosen Objektes, beispielsweise eines Ofens, einer chemischen Lösung usw. You can in the same way but also to measure the temperature of a Animal, for example a dog or a cat or to measure the temperature an inanimate object such as an oven, chemical solution, etc.
benutzt werden. to be used.
Claims (12)
Priority Applications (1)
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DE2414081A DE2414081A1 (en) | 1974-03-23 | 1974-03-23 | System to measure the temperature of an object - uses two thermocouples and differential amplification circuit and a temperature compensating resistor |
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DE2414081A DE2414081A1 (en) | 1974-03-23 | 1974-03-23 | System to measure the temperature of an object - uses two thermocouples and differential amplification circuit and a temperature compensating resistor |
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DE2414081A1 true DE2414081A1 (en) | 1975-10-16 |
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ID=5910957
Family Applications (1)
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DE2414081A Pending DE2414081A1 (en) | 1974-03-23 | 1974-03-23 | System to measure the temperature of an object - uses two thermocouples and differential amplification circuit and a temperature compensating resistor |
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DE (1) | DE2414081A1 (en) |
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1974
- 1974-03-23 DE DE2414081A patent/DE2414081A1/en active Pending
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