JP2571720B2 - Flowmeter - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、気体の流量測定に適用される流量計に関す
るものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a flow meter applied to gas flow measurement.
[従来の技術] 一般に気体の流量測定には種々の方式センサが使用さ
れているが、その1つとして熱式流速センサがある。こ
の熱式流速センサの代表的なものは、抵抗体に電流を流
して加熱し、気体の流れの中に置いたときに気体の流れ
によって冷却され、抵抗値が変化することを利用して気
体の流量を測定するものである。[Prior Art] In general, various types of sensors are used for measuring the flow rate of a gas. One of them is a thermal flow sensor. A typical example of this thermal type flow velocity sensor is that a current flows through a resistor to heat it, and when it is placed in a gas flow, it is cooled by the gas flow, and the resistance value changes. This is to measure the flow rate.
一方、この種の流速センサとしては、近年、半導体製
造技術を用いて製作された各種タイプの構成が知られて
おり、これは通常マイクロフローセンサとも呼ばれ、応
答が極めて速く、高感度,低消費電力でしかも量産性が
良いなどの優れた特長を有している。On the other hand, in recent years, as this kind of flow rate sensor, various types of configurations manufactured using semiconductor manufacturing technology are known, and this type of sensor is usually called a micro flow sensor, and has a very fast response, high sensitivity, low sensitivity and low sensitivity. It has excellent features such as low power consumption and good mass productivity.
ところで、従来、このマイクロフローセンサを用いた
流量計は、第8図(a),(b)にそれぞれ縦断面図,
横断面図で示すように気体Aの流れる管路1内の内壁面
にマイクロフローセンサ2を設置することによって管路
1内の流量の計測を行っていた。By the way, conventionally, a flow meter using this micro flow sensor is shown in FIG. 8 (a) and FIG.
As shown in the cross-sectional view, the flow rate in the pipe 1 was measured by installing the microflow sensor 2 on the inner wall surface in the pipe 1 through which the gas A flows.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の流量計において、管路1内に流
れる気体Aは、同図(b)に示すように放物線状の流量
分布を有して流れており、その流量が微小な場合には、
管路1内の内壁面におけるマイクロフローセンサ2の近
傍の速度分布勾配が小さいため、熱の移動が悪くなり、
検出流量の最小値側に限界があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional flow meter, the gas A flowing in the pipeline 1 flows with a parabolic flow rate distribution as shown in FIG. If the flow rate is small,
Since the velocity distribution gradient near the micro flow sensor 2 on the inner wall surface in the pipe 1 is small, heat transfer becomes poor,
There was a limit on the minimum value side of the detected flow rate.
[課題を解決するための手段] このような課題を解決するために本発明は、気体が流
れる管路の内壁面に板状のフローセンサが配置され、内
壁面の流速をフローセンサで測定し、管路を流れる流量
を求める流量計において、所定の長さを有する少なくと
も1つの薄板からなる部材をフローセンサに対向して管
路のフローセンサが配置されている内壁面と平行に配置
するものである。また、他の発明は、気体が流れる断面
が円形状の管路の内壁面に板状のフローセンサが配置さ
れ、内壁面の流速を前記フローセンサで測定し、管路を
流れる流量を求める流量計において、所定の長さを有
し、断面が螺旋状の薄板を管路のフローセンサが配置さ
れている内壁面と平行にフローセンサに対向して管路内
に配置するものである。[Means for Solving the Problems] In order to solve such problems, the present invention provides a plate-shaped flow sensor arranged on the inner wall surface of a pipe through which gas flows, and measures the flow velocity on the inner wall surface with the flow sensor. A flow meter for determining a flow rate flowing through a pipe, wherein at least one thin plate member having a predetermined length is arranged in parallel with an inner wall surface on which the flow sensor of the pipe is arranged, facing the flow sensor. It is. According to another aspect of the present invention, a plate-shaped flow sensor is disposed on an inner wall surface of a pipe having a circular cross section in which gas flows, and a flow rate of the inner wall surface is measured by the flow sensor to obtain a flow rate flowing through the pipe. In the total meter, a thin plate having a predetermined length and a helical cross section is disposed in the conduit in parallel with the inner wall surface of the conduit where the flow sensor is disposed, facing the flow sensor.
[作用] 本発明による流量計においては、フローセンサ近傍の
速度分布勾配が大きくなり、フローセンサの検出感度が
向上する。[Operation] In the flowmeter according to the present invention, the velocity distribution gradient near the flow sensor is increased, and the detection sensitivity of the flow sensor is improved.
[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明による流量計の一実施例による構成を
示す図であり、同図(a)は縦断面図、同図(b)は横
断面図であり、前述の図と同一または相当部分には同一
符号を付してある。同図において、気体Aが流れる管路
1内には、そのほぼ中央部に気体Aの流れる方向に沿っ
てその流れを2分割する仕切り板3が設置されている。FIG. 1 is a view showing a configuration of an embodiment of a flow meter according to the present invention. FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 1 (b) is a transverse sectional view, which are the same as or equivalent to the above-mentioned figures. Portions are given the same reference numerals. In FIG. 1, a partition plate 3 that divides the flow of gas A into two in the direction in which the gas A flows is provided at a substantially central portion of the pipe 1 in which the gas A flows.
第2図はフローセンサとして用いるマイクロフローセ
ンサ2の構成を説明する図であり、同図(a)はその平
面図である。同図(a)において、例えばシリコンなど
からなる半導体基板21の中央部には、この半導体基板21
に対して空隙部22を介して熱的に絶縁された薄膜状のダ
イアフラム部23が形成されており、このダイアフラム部
23上の表面中央部分には、薄膜状のヒータエレメント24
が形成され、さらにこのヒータエレメント24の両側に
は、それぞれ独立した薄膜状の測温抵抗エレメント25,2
6が形成されている。また、この半導体基板21の表面に
は、この半導体基板21のエッチングのための多数のスリ
ット27が開設され、ヒータエレメント24および測温抵抗
エレメント25,26の周辺部を、その半導体基板21の表面
に開設された多数の細かいスリット27を介して例えば異
方性エッチングを行うことにより、内側に逆台形状の空
気スペースを有する空隙部22が形成されている。これに
よって空隙部22の上部には、半導体基板21からダイアフ
ラム状に空間的に隔離され、この半導体基板21からヒー
タエレメント24および両側の測温抵抗エレメント25,26
が熱的に絶縁されて支持されたダイアフラム部23が形成
される構造となっている。なお、271,272,273,274はダ
イアフラム部23において、風上側から風下側に向かって
それぞれ測温抵抗エレメント25,ヒータエレメント24,測
温抵抗エレメント26の前後に空隙部22と連通して連続的
に開設されたスリット部である。また、28は半導体基板
21の角部に形成された薄膜状の周囲測温抵抗エレメント
である。FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the micro flow sensor 2 used as a flow sensor, and FIG. 2A is a plan view thereof. In FIG. 1A, a semiconductor substrate 21 made of, for example, silicon is provided at the center of the semiconductor substrate 21.
A thin film-like diaphragm portion 23 which is thermally insulated via a gap portion 22 is formed with respect to this diaphragm portion.
In the center part of the surface on the top 23, a thin film heater element 24
Are formed on both sides of the heater element 24.
6 are formed. A large number of slits 27 are formed on the surface of the semiconductor substrate 21 for etching the semiconductor substrate 21, and the peripheral portions of the heater element 24 and the temperature-measuring resistance elements 25 and 26 are formed on the surface of the semiconductor substrate 21. By performing, for example, anisotropic etching through a large number of fine slits 27 formed in the air gap 22, a void portion 22 having an inverted trapezoidal air space inside is formed. As a result, the upper part of the gap 22 is spatially isolated from the semiconductor substrate 21 in a diaphragm shape, and the heater element 24 and the temperature-measuring resistance elements 25 and 26 on both sides are separated from the semiconductor substrate 21.
Has a structure in which a diaphragm portion 23 which is thermally insulated and supported is formed. In addition, 27 1 , 27 2 , 27 3 , and 27 4 are the gap portion 22 before and after the temperature measuring resistance element 25, the heater element 24, and the temperature measuring resistance element 26, respectively, from the windward side to the leeward side in the diaphragm section 23. It is a slit section that is continuously opened. 28 is a semiconductor substrate
21 is a thin-film-shaped ambient temperature measuring resistance element formed at a corner of 21.
一方、管路1の内壁面に設置されたマイクロフローセ
ンサ2は、矢印方向から気体Aが流れると、上流側の測
温抵抗エレメント25が冷却されて降温する。下流側の測
温抵抗エレメント26は気体Aの流れを媒体としてヒータ
エレメント24からの熱伝導が促進され、温度が昇温する
ために温度差が生じる、そこで測温抵抗エレメント25,2
6をホイートストンブリッジ回路に組み込むことによ
り、温度差を電圧に変換でき、流速に応じた電圧出力が
得られ、第2図(b)に示すように気体Aの流速を検出
することができることになる。On the other hand, when the gas A flows from the direction of the arrow, the microflow sensor 2 installed on the inner wall surface of the pipeline 1 cools the temperature measuring resistance element 25 on the upstream side and drops its temperature. In the downstream temperature-measuring resistance element 26, heat conduction from the heater element 24 is promoted by using the flow of the gas A as a medium, and a temperature difference occurs because the temperature rises.
By incorporating 6 into a Wheatstone bridge circuit, the temperature difference can be converted into a voltage, a voltage output corresponding to the flow velocity can be obtained, and the flow velocity of gas A can be detected as shown in FIG. 2 (b). .
このように構成された流量計は、管路1内に仕切り板
3を設置したことにより、管路1内を流れる気体Aが2
分割されて流れるので、管路1の内壁面および仕切り板
3の壁面での気体Aの速度分布勾配が大きくなる。これ
によってマイクロフローセンサ2は熱の授受が大きくな
るので、検出出力が大きくなり、実質的に流量を増大し
たことと同じ効果が得られる。具体的には、管路1の寸
法を、幅W=8mm,高さH=19mmとし、仕切り板3の寸法
を長さL=14mm,板厚t=0.3mmとして管路1内を流れる
気体Aの微小流量を3.0l/Hrとしたとき、マイクロフロ
ーセンサ2からは7.44×10-2mV/cc/minの検出出力が得
られた。なお、第8図に示した従来の仕切り板3のない
同一寸法で管路1を構成した流量計では、その検出出力
は5.17×10-2mV/cc/minであつた。したがって本実施例
によれば、流量3.0l/Hr程度の低流量域において、検出
感度を約1.4倍程度向上させることができた。In the flow meter configured as described above, the gas A flowing through the pipe 1 is reduced to 2 by installing the partition plate 3 in the pipe 1.
Since the gas flows in a divided manner, the velocity distribution gradient of the gas A on the inner wall surface of the pipe 1 and the wall surface of the partition plate 3 becomes large. As a result, the microflow sensor 2 exchanges heat more, so that the detection output is increased, and the same effect as substantially increasing the flow rate can be obtained. More specifically, the gas flowing through the pipe 1 is set such that the dimensions of the pipe 1 are width W = 8 mm, the height H = 19 mm, the dimension of the partition plate 3 is length L = 14 mm, and the thickness t = 0.3 mm. When the minute flow rate of A was 3.0 l / Hr, a detection output of 7.44 × 10 −2 mV / cc / min was obtained from the micro flow sensor 2. In the conventional flowmeter shown in FIG. 8 having the same size of the pipe 1 without the partition plate 3, the detection output was 5.17 × 10 −2 mV / cc / min. Therefore, according to the present embodiment, the detection sensitivity could be improved about 1.4 times in a low flow rate range of about 3.0 l / Hr.
また、このような構成によれば、内壁面にマイクロフ
ローセンサ2を装着した管路1の内部に仕切り板3を設
置する簡単な構成で感度向上効果が実現できる。Further, according to such a configuration, the effect of improving sensitivity can be realized with a simple configuration in which the partition plate 3 is installed inside the pipe 1 in which the micro flow sensor 2 is mounted on the inner wall surface.
第3図は本発明による流量計の参考例による構成を示
す図で同図(a)は縦断面図、同図(b)は横断面図で
あり、前述の図と同一部分には同一符号を付してある。
同図において、第1図と異なる点は、管路1内に設置さ
れた仕切り板3上にはその中央部分にマイクロフローセ
ンサ2が設置されている。FIG. 3 is a view showing a configuration of a flow meter according to a reference example of the present invention. FIG. 3 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 3 (b) is a transverse sectional view. Is attached.
1 is different from FIG. 1 in that a microflow sensor 2 is installed at a central portion of a partition plate 3 installed in a pipeline 1.
このような構成においても、管路1内を流れる気体A
は第1図と同様の流速パターンを有して流れるので、同
様の速度分布勾配が得られる。Even in such a configuration, the gas A flowing through the pipe 1
Flows with a flow velocity pattern similar to that of FIG. 1, so that a similar velocity distribution gradient is obtained.
第4図は本発明による流量計のさらに他の実施例によ
る構成を示す図で同図(a)は縦断面図、同図(b)は
横断面図であり、前述の図と同一または相当部分には同
一符号を付してある。同図において、第1図と異なる点
は、気体Aが流れる管路1内には、気体Aの流れる方向
に沿ってその流れを多分割する同等寸法を有する複数枚
の仕切り板3a,3b,3c,・・・がそれぞれ等間隔を有して
設置されている。FIG. 4 is a view showing a configuration of a flow meter according to still another embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. Portions are given the same reference numerals. 1 is different from FIG. 1 in that a plurality of partition plates 3a, 3b, which have the same dimensions to divide the flow in the gas A in the pipe 1 in the flow direction of the gas A into multiple parts. Are arranged at equal intervals.
このような構成においても、管路1内を流れる気体A
が分割されて流れるので、管路1の内壁面では気体Aの
速度分布勾配がさらに大きくなり、実質的に流量を増大
したことと同じ効果が得られる。一例として4分割した
場合、低流量域(流量3.0l/Hr)において、11.55×10-2
mV/cc/minの検出出力が得られ、仕切り板3のない従来
構成と比較して約2倍の検出感度が得られた。Even in such a configuration, the gas A flowing through the pipe 1
Is divided and flows, so that the velocity distribution gradient of the gas A on the inner wall surface of the pipe 1 is further increased, and the same effect as substantially increasing the flow rate can be obtained. As an example, when divided into four, 11.55 × 10 -2 in the low flow rate area (flow rate 3.0 l / Hr)
A detection output of mV / cc / min was obtained, and a detection sensitivity approximately twice as high as that of the conventional configuration without the partition plate 3 was obtained.
第5図は前述した各実施例における管路1の流路分割
数に対応した各マイクロフローセンサの検出出力を示し
たものである。FIG. 5 shows the detection output of each micro flow sensor corresponding to the number of flow path divisions of the pipeline 1 in each of the above-described embodiments.
第6図は本発明による流量計の参考例による構成を示
す図で同図(a)は縦断面図、同図(b)は横断面図で
あり、前述の図と同一または相当部分には同一符号を付
してある。同図において、第1図と異なる点は、気体A
が流れる管路1内には、気体Aの流れる方向に沿ってそ
の流れを2分割する円筒状の仕切り板3Aが同芯円上に設
置されている。FIG. 6 is a view showing a configuration of a flow meter according to a reference example of the present invention. FIG. 6 (a) is a longitudinal sectional view, and FIG. 6 (b) is a transverse sectional view. The same reference numerals are given. In this figure, the difference from FIG.
A cylindrical partition plate 3A that divides the flow of gas A into two in the flow direction of the gas A is installed on a concentric circle in the pipeline 1 through which the gas flows.
このような構成においても、管路1の内壁面に大きな
速度分布勾配が形成されるので、前述と同様の効果が得
られる。Also in such a configuration, since a large velocity distribution gradient is formed on the inner wall surface of the pipeline 1, the same effect as described above can be obtained.
第7図は本発明による流量計の他の実施例による構成
を示す斜視図であり、前述の図と同一または相当部分に
は同一部号を付してある。同図において、第1図と異な
る点は、気体Aが流れる管路1B内には、気体Aの流れる
方向に沿ってその流れを分割する螺旋状の仕切り板3Bが
同芯円上に設置されている。また、この管路1Bの外周部
の一部には、円周方向に沿ってマイクロフローセンサ2
が収容されて移動できる程度の寸法幅を有する開口1aが
開設されており、この開口1a上には、内側にマイクロフ
ローセンサ2を取り付けて管路1Bの外周面を円周方向
(矢印Y−Y′方向)に摺動可能な湾曲状のセンサ取り
付け体4が装着されている。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of another embodiment of the flow meter according to the present invention, and the same or corresponding parts as those in the above-mentioned drawings are denoted by the same reference numerals. 1 is different from FIG. 1 in that a spiral partition plate 3B that divides a flow of gas A along a flowing direction is provided on a concentric circle in a pipeline 1B through which gas A flows. ing. In addition, a part of the outer peripheral portion of the pipe 1B is provided with a micro flow sensor 2 along the circumferential direction.
An opening 1a having a dimension width capable of accommodating and moving is provided. On this opening 1a, a microflow sensor 2 is mounted inside and the outer peripheral surface of the pipeline 1B is arranged in the circumferential direction (arrow Y- A curved sensor mounting body 4 slidable in the Y 'direction) is mounted.
このような構成においても、管路1内への気体Aの流
れに対して管路1Bの内壁に大きな速度分布勾配が形成さ
れるが、円周上の位置により速度分布が異なるため、セ
ンサ取り付け体4を矢印Y−Y′方向に摺動させて回動
させることによってマイクロフローセンサ2の取り付け
位置を移動させることにより、検出感度を調節すること
ができる。Also in such a configuration, a large velocity distribution gradient is formed on the inner wall of the pipe 1B with respect to the flow of the gas A into the pipe 1, but since the velocity distribution differs depending on the position on the circumference, the sensor mounting is performed. The detection sensitivity can be adjusted by moving the mounting position of the micro flow sensor 2 by sliding and rotating the body 4 in the direction of the arrow YY '.
なお、前述した実施例においては、フローセンサとし
てマイクロフローセンサを用いた場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、通常の熱
線風速計などの他のセンサを用いても同様の効果が得ら
れることは言うまでもない。In the above-described embodiment, the case where the micro flow sensor is used as the flow sensor has been described. However, the present invention is not limited to this, and other sensors such as a normal hot wire anemometer may be used. It goes without saying that a similar effect can be obtained.
また、前述した実施例においては、気体Aの流れる管
路1B内に螺旋状の仕切り板3Bを同芯円上に設置した場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、センサ取り付け板4の内側に取り付けたマイク
ロフローセンサ2に大きな速度分布勾配が得られるよう
に仕切り板3Bを管路1B内に同芯軸を中心として自在に回
動できるようにように設置しても前述と同様の効果が得
られる。Further, in the above-described embodiment, the case where the spiral partition plate 3B is installed on the concentric circle in the pipe 1B in which the gas A flows is described, but the present invention is not limited to this. The partition plate 3B is installed in the conduit 1B so as to be freely rotatable around a concentric axis so that a large velocity distribution gradient can be obtained in the micro flow sensor 2 mounted inside the sensor mounting plate 4. Also has the same effect as described above.
[発明の効果] 以上、説明したように本発明によれば、気体の流れる
管路の内壁面に配置された板状のフローセンサに対向し
て所定の長さを有する薄板からなる部材をフローセンサ
が配置されている管路の内壁面と平行に配置したことに
より、フローセンサ近傍の速度分布勾配が大きくなるの
で、フローセンサの検出感度、特に低流量域おける検出
感度を大幅に向上させることができるという極めて優れ
た効果が得られる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a member formed of a thin plate having a predetermined length faces a plate-shaped flow sensor disposed on the inner wall surface of a gas flow pipe. By arranging the sensor in parallel with the inner wall surface of the pipeline in which the sensor is arranged, the velocity distribution gradient near the flow sensor increases, so that the detection sensitivity of the flow sensor, particularly in the low flow rate region, is greatly improved. An extremely excellent effect of being able to obtain is obtained.
第1図は本発明による流量計の一実施例による構成を示
す断面図、第2図は本発明に係わるマイクロフローセン
サの構成を説明する図、第3図は本発明による流量計の
参考例による構成を示す断面図、第4図は本発明による
流量計のさらに他の実施例による構成を示す断面図、第
5図は本発明による流量計の各実施例における検出出力
のデータを示す図、第6図は本発明による流量計の参考
例による構成を示す断面図、第7図は本発明による流量
計の他の実施例による構成を示す斜視図、第8図は従来
の流量計の構成を示す断面図である。 1,1A,1B……管路、1a……開口、2……マイクロフロー
センサ、3,3A,3B,3a,3b,3c……仕切り板、4……センサ
取り付け体。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a flow meter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a micro flow sensor according to the present invention, and FIG. 3 is a reference example of the flow meter according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a flow meter according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing data of detection output in each embodiment of the flow meter according to the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a flow meter according to a reference example of the present invention, FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of another embodiment of a flow meter according to the present invention, and FIG. It is sectional drawing which shows a structure. 1, 1A, 1B ... conduit, 1a ... opening, 2 ... micro flow sensor, 3, 3A, 3B, 3a, 3b, 3c ... partition plate, 4 ... sensor mounting body.
Claims (5)
センサが配置され、前記内壁面の流速を前記フローセン
サで測定し、前記管路を流れる流量を求める流量計にお
いて、 所定の長さを有する少なくとも1つの薄板からなる部材
を前記フローセンサに対向して前記管路の前記フローセ
ンサが配置されている内壁面と平行に配置したことを特
徴とする流量計。1. A flowmeter having a plate-shaped flow sensor disposed on an inner wall surface of a pipe through which gas flows, measuring a flow rate of the inner wall surface with the flow sensor, and obtaining a flow rate flowing through the pipe line. A flowmeter, wherein at least one member made of a thin plate having a length is arranged in parallel with an inner wall surface of the conduit in which the flow sensor is arranged, facing the flow sensor.
によってそれぞれ分割される管路の断面積がほぼ等しい
ことを特徴とする流量計。2. The flowmeter according to claim 1, wherein the cross-sectional areas of the pipes divided by the thin plate members are substantially equal.
に板状のフローセンサが配置され、前記内壁面の流速を
前記フローセンサで測定し、前記管路を流れる流量を求
める流量計において、 所定の長さを有し、断面が螺旋状の薄板を前記管路の前
記フローセンサが配置されている内壁面と平行に前記フ
ローセンサに対向して前記管路内に配置したことを特徴
とする流量計。3. A flow sensor having a plate shape is disposed on an inner wall surface of a pipe having a circular cross section through which gas flows, and a flow rate of the inner wall surface is measured by the flow sensor to obtain a flow rate flowing through the pipe. In the meter, a thin plate having a predetermined length and having a helical cross section is disposed in the pipeline in opposition to the flow sensor in parallel with an inner wall surface of the pipeline where the flow sensor is disposed. A flow meter characterized by the following.
周方向に沿って開設されかつ前記フローセンサを収容す
る収容孔と、前記収容孔に対応する内側に前記フローセ
ンサを設置させかつ前記収容孔の長さ方向に沿って摺動
自在に装着されたセンサ取り付け体とを設けたことを特
徴とする流量計。4. A storage hole according to claim 3, wherein said flow sensor is installed in an outer peripheral portion of said conduit along a circumferential direction and stores said flow sensor, and said flow sensor is installed inside said storage hole. A sensor mounting body slidably mounted along the length direction of the housing hole.
記管路内に回動自在に設けたことを特徴とする流量計。5. The flowmeter according to claim 3, wherein said spiral thin plate is rotatably provided in said conduit.
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