JP2008524807A - 計器ループアダプタ - Google Patents

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Abstract

計器ループアダプタ(131、200、300、330、350、360、380、400、500)は、小型プロセス変量トランスミッタ(100、132)のヘッダ(106)に結合するように構成されたインターフェース部(140)を含む。一部の実施態様では、インターフェース部(140)は規格化ケーブル出力部(202)を含む。他の実施態様では、ケーブル部(141)がインターフェース部に結合されている。さらなる機能性がインターフェース部(140)、ケーブル部(141)又はそれらの両方で提供される。さらなる機能性は、プロセス変量トランスミッタ(100、132)には存在しない特徴を提供する回路を含むことができる。

Description

発明の背景
工業プロセス、たとえば精油所、化学処理プラントなどにおける工業プロセスの運転をモニタするためにはプロセス変量トランスミッタが使用される。圧力トランスミッタのようなプロセス変量トランスミッタは、通常、流体処理プラント中、液体、粉塵及び湿気ならびに種々の工業汚染物質が存在するおそれのある場所に設置される。一部の環境では、酸又は塩基溶液のようなプロセス液体が存在することもある。また、液体としては、プラント設備を清浄するために使用されるホースからの噴霧を挙げることもできる。液体は、プロセストランスミッタ及びその電気接続に滴下、液飛び又は噴霧化することがある。環境中の粉塵、湿気及び液体は、プロセストランスミッタへの電気接続を汚染し、劣化させるおそれがる。
プロセストランスミッタは、シールされた配線コンパートメントで装着されることが多く、この配線コンパートメントをシールされた電気導管と接続すると、ループ配線及び電気接続を汚染物質による劣化から保護することができる。しかし、ヘッダ型コネクタを使用する小型化プロセストランスミッタの場合、ヘッダ中の露出した電気接続ピンを汚染物質から保護するためのシールされた配線コンパートメントはない。
プロセス変量トランスミッタ上のヘッダ中の接続ピンに接続することができ、コスト高でかさばる配線コンパートメントを追加することなく接続ピン及び配線を汚染物質から保護することができる計器ループアダプタが提供されている。公知の環境的にシールされたループアダプタ、たとえばFandreyらのループアダプタ(米国特許第6,511,337号)が、効果的なシールされた解決手段を提供する。場合によっては、Fandreyらの環境的にシールされたループアダプタは、さらなる機能性、たとえばRFI/EMIフィルタを含む。ループアダプタのこのさらなる機能性は有用であることがわかっているが、計器及びループアダプタを適用することができる広範なさらなる用途に対処する必要がある。新たな機能及び/又は特徴をループアダプタに提供することが、有意な範囲の種々の用途に対処することに役立つであろう。
発明の概要
計器ループアダプタは、小型プロセス変量トランスミッタのヘッダに結合するように構成されたインターフェース部を含む。一部の実施態様では、インターフェース部は規格化されたケーブル出力部を含む。他の実施態様では、ケーブル部がインターフェース部に結合されている。さらなる機能性がインターフェース部、ケーブル部又はそれらの両方で提供される。さらなる機能性は、プロセス変量トランスミッタには存在しない特徴を提供する回路を含むことができる。
例示的な実施態様の詳細な説明
電気アダプタがプロセス変量トランスミッタをマルチワイヤ計器回路に接続する。アダプタは、接続ピン、ソケット及びループワイヤを、プロセス変量トランスミッタに、噴霧、滴下又は液飛びする液体ならびに粉塵、湿気及び他の汚染物質による損傷から保護する。アダプタは、トランスミッタへの任意のタイプの電気接続、たとえば2ワイヤループ又はデジタルデータ接続を提供するために使用することもできる。アダプタは、以下さらに詳細に述べるさらなる特徴及び/又は機能性を含む。
図1は、差圧トランスミッタ100の断面図である。トランスミッタ100は、アダプタ(図1には示さず)を使用して計器回路への接続を行うことができるプロセス変量トランスミッタの一例である。
トランスミッタ100は、電気コネクタヘッダ106にシールされた外壁104を有する小型トランスミッタハウジング102を含む。トランスミッタハウジング102は、アイソレータダイアフラム110を含む同じ平面上の2個の流体入口108を含む。通路中にシールされたアイソレータ流体112が入口108からの差圧をトランスミッタ100中の静電容量式差圧センサ114に送信する。
プロセス変量トランスミッタ100は、円柱形の外側シェル又はヘッダ106を備えたシールされたフィードスルー電気コネクタ116と、電気接点又はピン120を備えたシールされた絶縁フィードスルー118とを含む。ヘッダ106は雄ねじ107を有する。2個以上の接続ピン120がループデータを運んでプロセス変量トランスミッタ100とで通信する。
回路板122が圧力センサ114に電気的に接続し、圧力センサ114からのデータを処理し、接続ピン120上のループ電流を制御して入口108における差圧の表示を提供する。圧力は、4〜20mAアナログ電流として表すこともできるし、多様な公知のデジタルプロトコル、たとえばHART、CAN、Foundationフィールドバス、Profibusプロトコル及び流体プロセス制御産業で公知の他のデジタル通信プロトコルのいずれかで表すこともできる。
外壁104が、好ましくは、円形の溶接継ぎ目124に沿ってヘッダ106と溶着されて、ハウジング102の内側にシールされたキャビティ126を形成している。絶縁フィードスルー118中には、管128をシールして小型差圧トランスミッタ100中にシールされたキャビティ126の気密シールを提供する前に漏れを試験するための毛管128が設けられている。
図1に示すトランスミッタ100は、フィールドで計器回路への接続を行うためのシールされた配線コンパートメントを含まない小型トランスミッタである。接続ピン120及び絶縁フィードスルー118はプロセス変量トランスミッタ100の外側に露出し、汚染物質、たとえば流体処理プラント環境で噴霧される、滴下される又はこぼれる粉塵、湿気又は液体との望まれない接触にさらされている。
図2は、プロセス変量トランスミッタのヘッダに結合された計器ループアダプタの図である。計器ループアダプタ131は、図2では、ヘッダ132に結合された状態で示されている。アダプタ131は、インターフェース部140及びケーブル部141を有するケーブルアセンブリ135の形態で具現化されている。インターフェース部140は、ヘッダ132に結合する、好ましくは螺合によって結合するように構成されている。したがって、ヘッダ132が雄ねじ面を有する実施態様では、インターフェース部140は、ヘッダ132の雄ねじに係合するのに適当な雌ねじ部を有する。
回路板142は、インターフェース部140内に設けられ、多数の適当な電気コンポーネント144、146を含む。コンポーネント144、146は、導体148、150によってそれに結合された計器ループと対話することもでき、及び/又は、ヘッダ132を介してそれに結合されたプロセス変量トランスミッタと対話することもできる。回路板142上の回路144、146は、プロセス変量トランスミッタの運転及び/又はメンテナンス中に有用である一つ以上のさらなる機能を提供するために使用することができる。
図3は、本発明のもう一つの実施態様の計器ループアダプタの図である。ループアダプタ200は、対応するケーブルアセンブリとともに示されてはいない。その代わりに、ループアダプタ200は、プロセス変量トランスミッタのヘッダ132に結合し、規格化ケーブル出力202を提供する。出力202は、多数の適当なケーブルインターフェースの一つである。アダプタ202は、好ましくは、米国特許第6,511,337号でさらに詳細に記載されているように、環境シールをヘッダ132に提供する。アダプタ202はまた、回路コンポーネント204が上に設けられた回路板142を含む。図2に関して説明したように、回路板142上のコンポーネント204は、アダプタ131に関して上記で挙げた機能及び/又は回路のいずれかを提供することができる。計器ループアダプタ131及び200は、それらがいずれもプロセス変量トランスミッタヘッダ132の雄ねじ210に結合するという意味で類似している。
図4は、本発明の実施態様の、能動回路を有する計器ループアダプタの図である。計器ループアダプタ131は、参照番号302で示すように、プロセス変量トランスミッタに結合している。プロセスループ304がアダプタ300に物理的に結合している。基板142上の能動回路306がループ304に電気的に結合している。図4は、ループ304に並列に結合された回路306を示すが、能動回路306は直列に配置されることもできるということが明示的に考えられる。本明細書で使用する能動回路306とは、電力を使用する任意の電子回路である。したがって、能動回路306は、受動回路、たとえば抵抗器及びコンデンサならびにそのような素子の組み合わせ、たとえば受動フィルタから区別可能である。能動回路306は、単一の能動回路コンポーネントであることもできるし、コンポーネントの組み合わせであることもできる。コンポーネントの組み合わせ中の1個のコンポーネントが能動的である限り、その組み合わせは能動的とみなされる。能動回路306は電力を使用するため、電源に結合されなければならない。そのような電力は、ループによって、プロセス変量トランスミッタによって、又は外部電源によって提供することができる。
図5は、本発明の実施態様の、さらなるセンサ入力回路を有する計器ループアダプタの図である。アダプタ300は、参照番号302で示すように、プロセス変量トランスミッタ100に結合している。アダプタ300はまた、ループ304に電気的に結合している。アダプタ330は、ループ304から受けた電力を使用して基板142上のすべての能動コンポーネントに適当な電力を提供する電源供給回路308を含む。アダプタ330はまた、同じくループ304に結合しているそれ自体のループコミュニケータ310を含む。この配設は、アダプタ330が、それが接続されているプロセス変量トランスミッタ100から独立して、ループ304を介して通信することを可能にする。好ましくはマイクロプロセッサである制御装置312がループコミュニケータ310に結合している。制御装置312はまた計測回路314に結合し、この計測回路はさらなるセンサ入力316に結合している。入力316は、アダプタ330上、プロセス変量トランスミッタ100上又は他の適当な場所に配置することができる。所望により、いかなる適当なセンサを入力316に結合してもよい。
一つの実施態様では、入力316は温度センサ入力であり、温度センサ、たとえばRTDを受信する。計測回路314は、センサの特性を示す信号を生成するように適合されている。たとえば、RTD実施態様では、回路314は、RTDを通して小さな電流を駆動し、RTDをはさんでの結果的な電圧低下を計測する。望むならば、計測回路314はまた、アナログ表現(すなわち感知した電圧)をそのデジタル表現に変換することができるアナログ・デジタル変換器を含むことができる。計測回路314は、センサ応答の指示を制御装置312に提供する。一つの実施態様では、制御装置312は、計測回路314からの指示を使用して、プロセス変量トランスミッタの信号を、入力316に結合されるセンサの応答に基づいて、調節又は他のやり方で補正する。したがって、プロセス変量トランスミッタ100が圧力トランスミッタであり、圧力センサ出力が温度とともに変動することができる実施態様では、アダプタ330を使用して、温度が変動するときの出力を容易に調節することができる。この構造は、予測可能なやり方で計測し、調節することができるパラメータによってプロセス変量トランスミッタが影響を受ける、プロセス変量トランスミッタとセンサとのいかなる組み合わせの場合にも有利である。
図6は、本発明の実施態様の計器ループアダプタ350の図である。計器ループアダプタ350は、固有の安全バリヤ回路352を上に有する回路板142を含む。バリヤ回路352は一般に、故障タイプ事象に応答して、プロセス変量トランスミッタから流れることが可能なエネルギーの量を制限する。固有の安全回路は公知であり、一般に、障害状態中のエネルギーの流れを制限するように機能する。固有の安全性に関するさらなる詳細は、1988年10月に公表された「Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I, II and III, Division 1 Hazardous (Classified) Locations」と題するFactory Mutual認可規格で述べられている固有の安全規格に見いだすことができる。
図7は、本発明の実施態様の計器ループアダプタ360の図である。計器ループアダプタ360は、図5に関して説明した計器ループアダプタ330とでいくつかの類似点を有する。しかし、計器ループアダプタ360はセンサ入力を含まない。代わりに、ループアダプタ360は、計器ループ304に結合され、通信モジュール364及び制御装置366に電力を提供するように適合された電源モジュール362を含む。通信モジュール364は、計器ループ304に結合され、その上で、好ましくは標準プロセス工業通信プロトコル、たとえばHART(登録商標)又はFOUNDATION(商標)フィールドバスを使用して通信するように適合されている。制御装置366は、好ましくは、ライン368で示すように、計器ループ304上で通信モジュール364を介して双方向に通信するマイクロプロセッサである。計器ループアダプタ360は、計器ループ304によって給電されるその制御装置366を含むため、そのプログラム可能な性質によって促進される冗長性、診断及び/又は他の適当な機能の特徴を提供することができる。一つの実施態様では、ループアダプタ360は、プロセス変量トランスミッタ及び/又はループアダプタとのローカルユーザ対話を促進する特徴を含む。仮想線で示すディスプレイ370は、好ましくは、小型LCDディスプレイである。同じくユーザ入力372が仮想線で示され、インターフェース部140に隣接して又はケーブル142に沿ってインターフェース部140から離れた場所に設けられることができる。
図8は、本発明の実施態様の計器ループアダプタの図である。ループアダプタ380は、上記の電源モジュール308又は362と同一であることができる電源モジュール382を含む。さらには、ループアダプタ380は、好ましくはマイクロプロセッサである制御装置384を含む。計器ループアダプタ380は、主としてそれが複数の通信制御装置を含むという点で、上記の実施態様と異なる。図示するように、ループアダプタ380は、制御装置384とで双方向通信するために制御装置に結合され、計器ループ上での通信のために計器ループ304に動作的に結合された第一の通信モジュール386を含む。さらには、ループアダプタ380はまた、第二のタイプの出力にしたがって通信するための、制御装置384に結合された第二の通信制御装置388を含む。一つの実施態様では、通信制御装置386は、計器ループ304上でHART(登録商標)プロトコルにしたがって通信するように適合され、通信制御装置388は、FOUNDATION(商標)フィールドバス工業プロトコルにしたがって通信するように適合されている。しかし、複数の通信モジュールが異なるタイプの通信を提供する限り、通信モジュールのいかなる組み合わせを使用することもできる。多数のタイプの出力を提供するために使用される回路に関するさらなる情報は、Andersonらへの米国特許第5,245,333号に見いだすことができる。この特許は、多数のタイプの出力を種々の装置に提供することができる構造を提供する。したがって、回路板142は、適当な回路を使用して、プロセス変量トランスミッタが、第一のタイプの通信、たとえばAC信号を用いて第一の外部装置と通信し、第二のタイプの通信、たとえばDC信号を用いて第二の外部装置と通信することを許すことができる。
図9は、本発明のもう一つの実施態様の計器ループアダプタ400の図である。アダプタ400は、図2に示すようなプロセス変量トランスミッタのヘッダに結合する。アダプタ400は、インターフェース領域140から離れたところに設けられたローカルインターフェース310を含む。ローカルユーザインターフェース410は、適当なIO(入出力要素)、たとえば、ディスプレイ412、好ましくは小型LCDディスプレイ及びユーザがインターフェース領域140に結合されたプロセス変量トランスミッタと対話することを可能にする1個以上のボタン414を含む。インターフェース410はまた、プロセス変量トランスミッタと計器ループ上の他の装置との間の信号をモニタするための適当な回路を含むことができる。このようなモニタリングは、データロギング及び/又は予防保全を使用する解析を容易にすることができる。
図10は、本発明のもう一つの実施態様の計器ループアダプタ500の図である。ループアダプタ500は、プロセス計器のヘッダ132に結合するように適合されている。アダプタ500は、好ましくは、プロセス装置のヘッダ132と嵌合する形及び大きさである円柱形の側壁502を含む。側壁502は、好ましくは、キャップ504を備えた単一アセンブリとして成形されている。さらには、好ましくは、キャップ504は、好ましくはキャップ504及び側壁502とで一体成形されているヒンジ506を介して側壁502に蝶着されている。側壁502及びキャップ504は、好ましくは、アダプタ500をヘッダ132にシールするのに役立つ柔軟な外側層508を含む。加えて、柔軟な層508は、側壁502とキャップ504との間のシールを容易にするのに役立つ。最後に、柔軟な外側層508はまた、セルフシール性ワイヤ引込み口510を形成するのに役立つ。柔軟な外側層は、弾性変形性である任意の材料で形成することができるが、好ましくはエラストマーで形成される。層508のための柔軟な材料の選択においては、その材料が、ループアダプタ500が遭遇すると予想される温度極値で作動可能であることが重要である。さらには、ループアダプタ500が直射日光又は他の紫外線光源に暴露されるとしても、層508に選択される材料は、そのような繰返し暴露に耐えることができるべきである。
アダプタ500内のチャンバ512は、好ましくは、多数の電子コンポーネント及びヘッダ132上の個々のピンに結合するのに適したコネクタ514を含む。好ましくは、コネクタ514は、ヘッダ132中又は上の対応するコネクタと嵌合するようにサイズ決定され、適切に配置された適当なバイオネット接続である。電子コンポーネント516、518及び520は、所望の機能を提供するいかなる適当なコンポーネントであることもできる。たとえば、コンポーネント516は、1個以上の抵抗器であることができ、コンポーネント518は、1個以上のダイオードであることができ、コンポーネント520は、1個以上の絶縁コンポーネント、たとえば変圧器又はコンデンサを含むことができる。電気コンポーネント516、518及び520は、公知の回路中に配設されて、過渡状態保護、RFIフィルタリング、電力共用などを提供することができる。ダイオード518を逆極性形態に配置すると、故障状態中にプロセス装置が過度なエネルギーをプロセスループ上に不注意にダンプしないことを保証することができる。電気コンポーネント516、518及び520は、チャンバ512内にフィットするサイズの小さな回路板上に設けることができる。追加的に又は代替的に、電気コンポーネント516、518及び520は、チャンバ512の部分524を部分526から気密シールしながらさらなる放熱機能を提供することができる型522により、チャンバ512内に成形することができる。最後に、アダプタ500はまた、好ましくは、セルフシール性である配線引込み口を含む。したがって、引込み口510を通過するワイヤ528は、ワイヤ528が側壁502を通過するとしても空気又は他のガスは側壁を通過しないように自動的に気密シールされる。チャンバ512内で、ワイヤ528は、適当なワイヤ端子530に結合して、フィールド配線がプロセス装置に結合することを可能にする。
好ましい実施態様を参照しながら本発明を説明したが、当業者は、本発明の本質及び範囲を逸することなく、形態及び詳細における変更を加えることができることを理解するであろう。
ヘッダ及び接続ピンを備えた小型圧力トランスミッタの断面図である。 ヘッダ上に設置されたRFI/EMIフィルタを備えたループアダプタの断面図である。 標準コードセット用のコネクタを備えたループアダプタの図である。 本発明の実施態様の、能動回路を有する計器ループアダプタの図である。 本発明の実施態様の、さらなるセンサ入力回路を有する計器ループアダプタの図である。 本発明の実施態様の、固有の安全バリヤを有する計器ループアダプタの図である。 本発明の実施態様の、制御装置を有する計器ループアダプタの図である。 本発明の実施態様の、多数のタイプの出力を有する計器ループアダプタの図である。 本発明の実施態様の計器ループアダプタの図である。 本発明のもう一つの実施態様の計器ループアダプタの図である。

Claims (38)

  1. プロセス変量トランスミッタをループに結合するための計器ループアダプタであって、
    プロセス変量トランスミッタのヘッダと係合するように適合されたインターフェース部と、
    インターフェース部内に設けられ、能動回路をその上に有する回路板と
    を含む計器ループアダプタ。
  2. 能動回路がセンサ入力回路である、請求項1記載の計器ループアダプタ。
  3. センサ入力回路がRTD入力回路である、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  4. センサ入力回路がアナログ・デジタル変換器を含む、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  5. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部がループ接続を形成する、請求項1記載の計器ループアダプタ。
  6. インターフェース部がプロセス工業規格ケーブル出力を含む、請求項1記載の計器ループアダプタ。
  7. 能動回路がマイクロプロセッサを含む、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  8. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部がループ接続を形成する、請求項7記載の計器ループアダプタ。
  9. 能動回路がディスプレイを含む、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  10. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部が、ループに結合するための導体をその中に有する、請求項9記載の計器ループアダプタ。
  11. 能動回路が多数のタイプの出力を提供する、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  12. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部が、ループに結合するための導体をその中に有する、請求項11記載の計器ループアダプタ。
  13. 回路が、第一の工業規格プロトコルにしたがってプロセス変量トランスミッタと通信し、第二の工業規格プロトコルにしたがってループ上で対話する、請求項11記載の計器ループアダプタ。
  14. 能動回路がローカル出力を提供する、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  15. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部が、ループに結合するための導体をその中に有する、請求項14記載の計器ループアダプタ。
  16. 能動回路がローカルユーザ入力に結合されている、請求項2記載の計器ループアダプタ。
  17. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部が、ループに結合するための導体をその中に有する、請求項16記載の計器ループアダプタ。
  18. インターフェースが、プロセス変量トランスミッタのヘッダと係合するためのねじ部を含む、請求項1記載の計器ループアダプタ。
  19. インターフェース部が、円柱形側壁とそれに嵌合するように適合されたキャップとを含む、請求項1記載のループアダプタ。
  20. 円柱形側壁及びキャップの少なくとも一方が柔軟な外側層を含む、請求項19記載の計器ループアダプタ。
  21. 柔軟な外側層がエラストマーで形成されている、請求項20記載の計器ループアダプタ。
  22. 回路板がオーバーモールディングされており、オーバーモールディングが計器ループアダプタのチャンバ内で気密シールを形成する、請求項1記載の計器ループアダプタ。
  23. セルフシール性配線引込み口をさらに含む、請求項1記載の計器ループアダプタ。
  24. プロセス変量トランスミッタをループに結合するための計器ループアダプタであって、
    プロセス変量トランスミッタのヘッダと係合するように適合されたインターフェース部と、
    インターフェース部内に設けられ、固有の安全回路を有する回路板と
    を含む計器ループアダプタ。
  25. インターフェース部に結合されたケーブル部をさらに含み、ケーブル部が、ループに結合するための導体をその中に有する、請求項24記載の計器ループアダプタ。
  26. インターフェースが、プロセス変量トランスミッタのヘッダと係合するためのねじ部を含む、請求項24記載の計器ループアダプタ。
  27. プロセス変量トランスミッタをループに結合するための計器ループアダプタであって、
    プロセス変量トランスミッタのヘッダと係合するように適合されたインターフェース部と、
    インターフェース部に結合され、ループに結合するための導体をその中に有するケーブル部と、
    ケーブル部内に設けられ、高められた機能性を提供する回路をその上に有する回路板
    を含む計器ループアダプタ。
  28. 回路がセンサ入力回路を含む、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  29. 回路が固有の安全回路を含む、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  30. 回路がマイクロプロセッサを含む、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  31. 回路がローカル出力に結合され、ローカル出力を駆動する、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  32. ローカル出力が液晶ディスプレイである、請求項31記載の計器ループアダプタ。
  33. 回路がローカル入力に結合されている、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  34. ローカル入力が少なくとも1個のボタンを含む、請求項33記載の計器ループアダプタ。
  35. 回路が多数のタイプの出力を提供する、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  36. インターフェースが、プロセス変量トランスミッタのヘッダと係合するためのねじ部を含む、請求項27記載の計器ループアダプタ。
  37. プロセス変量トランスミッタを計器ループに結合する方法であって、
    能動回路を中に有する、計器ループアダプタのインターフェース部を設けることと、
    インターフェース部をプロセス変量トランスミッタのヘッダに結合することと
    を含む方法。
  38. プロセス変量トランスミッタをループに結合するための計器ループアダプタであって、
    プロセス変量トランスミッタのヘッダと脱着可能に係合してそれとでシールされた結合を提供するように適合されたインターフェース部と、
    プロセス変量トランスミッタのヘッダへの電気接続を提供するように構成された、インターフェース部中の電気コネクタと、
    ループへの電気接続を提供するように構成されたループ接続と、
    インターフェース部内に設けられ、能動回路をその上に有する回路板と
    を含む計器ループアダプタ。
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