JPH08327578A - 湿度センサ - Google Patents
湿度センサInfo
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- JPH08327578A JPH08327578A JP15849795A JP15849795A JPH08327578A JP H08327578 A JPH08327578 A JP H08327578A JP 15849795 A JP15849795 A JP 15849795A JP 15849795 A JP15849795 A JP 15849795A JP H08327578 A JPH08327578 A JP H08327578A
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- JP
- Japan
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- humidity
- humidity sensor
- melamine
- moisture
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Abstract
(57)【要約】
【目的】広範囲の湿度領域で長期間にわたり安定した感
湿特性を得られる湿度センサを提供する。 【構成】メラミンもしくはその誘導体、下記一般式
[1]で示される化合物及び下記一般式[2]で示され
る化合物を共重合して得られるポリマーを感湿材料とす
ることを特徴とする湿度センサ。 一般式[1]R1R2N−A−NR3R4 (式中R1、R2、R3、R4、Aは直鎖または分枝の炭化
水素基を表し、R1、R2、R3、R4、Aのいずれか2つ
以上がそれぞれ結合して環状構造を形成してもよい。) 一般式[2]X1−B−X2 (式中X1及びX2はハロゲン元素、Bは直鎖または分枝
の炭化水素基を表す。)
湿特性を得られる湿度センサを提供する。 【構成】メラミンもしくはその誘導体、下記一般式
[1]で示される化合物及び下記一般式[2]で示され
る化合物を共重合して得られるポリマーを感湿材料とす
ることを特徴とする湿度センサ。 一般式[1]R1R2N−A−NR3R4 (式中R1、R2、R3、R4、Aは直鎖または分枝の炭化
水素基を表し、R1、R2、R3、R4、Aのいずれか2つ
以上がそれぞれ結合して環状構造を形成してもよい。) 一般式[2]X1−B−X2 (式中X1及びX2はハロゲン元素、Bは直鎖または分枝
の炭化水素基を表す。)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、有機高分子電解質を
感湿材料とする湿度センサに関する。この湿度センサ
は、電気抵抗値の変化に基づいて湿度を検出する場合に
好適に利用されうる。
感湿材料とする湿度センサに関する。この湿度センサ
は、電気抵抗値の変化に基づいて湿度を検出する場合に
好適に利用されうる。
【0002】
【従来の技術】湿度センサの感湿材料としては、Al2
O3,MgCr2O4−TiO2,TiO2−V2O5,Zn
Cr2O4−LiZnVO4等の酸化物セラミックス又は
後述の有機高分子が知られている。セラミックスからな
る感湿材料は、数百度で加熱クリーニングを行うことが
できるので、耐汚染性に優れるが、加熱クリーニング中
は連続測定ができないなどの欠点を有する。従って、連
続測定を必要とする環境では、有機高分子を感湿材料と
する湿度センサが使用されることが多い。
O3,MgCr2O4−TiO2,TiO2−V2O5,Zn
Cr2O4−LiZnVO4等の酸化物セラミックス又は
後述の有機高分子が知られている。セラミックスからな
る感湿材料は、数百度で加熱クリーニングを行うことが
できるので、耐汚染性に優れるが、加熱クリーニング中
は連続測定ができないなどの欠点を有する。従って、連
続測定を必要とする環境では、有機高分子を感湿材料と
する湿度センサが使用されることが多い。
【0003】感湿材料に適用される有機高分子として
は、炭素C等の導電性粉末を分散させたPMMA等の吸
湿性高分子、テトラメチルジアミノヘキサンのような親
水性高分子、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,
6−ジアミノヘキサンと1,6−ジブロモヘキサンとを
重合して得られるような高分子電解質(特公平2−24
465号公報)、親水性高分子と疎水性高分子との重合
体などが知られている。いずれも吸着水分量に応じて変
化する電気抵抗値又は容量値に基づいて湿度を検出する
ものである。
は、炭素C等の導電性粉末を分散させたPMMA等の吸
湿性高分子、テトラメチルジアミノヘキサンのような親
水性高分子、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,
6−ジアミノヘキサンと1,6−ジブロモヘキサンとを
重合して得られるような高分子電解質(特公平2−24
465号公報)、親水性高分子と疎水性高分子との重合
体などが知られている。いずれも吸着水分量に応じて変
化する電気抵抗値又は容量値に基づいて湿度を検出する
ものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、導電性粉末を
分散させた吸湿性高分子は、電極間の短絡を避けるため
に導電性粉末の含有量を少なめにすると、30%RH以
下の低湿度側領域で感湿特性を示さなくなる。親水性高
分子は、高湿度雰囲気で一旦吸着した水分子が低湿度雰
囲気でも離脱しないので、また高分子電解質の場合、高
湿度領域で電解質が溶出するので、感湿特性が経時的に
変化する。また、親水性高分子と疎水性高分子との重合
体は、親水性高分子の割合があまり多くなると親水性高
分子単独のときと同様の問題が生じるし、逆に疎水性高
分子の割合があまり多くなると、低湿度側領域で感湿特
性を示さなくなり、重合比率の制御が困難である。それ
故、この発明の目的は、広範囲の湿度領域で長期間にわ
たり安定した感湿特性を得られる湿度センサを提供する
ことである。
分散させた吸湿性高分子は、電極間の短絡を避けるため
に導電性粉末の含有量を少なめにすると、30%RH以
下の低湿度側領域で感湿特性を示さなくなる。親水性高
分子は、高湿度雰囲気で一旦吸着した水分子が低湿度雰
囲気でも離脱しないので、また高分子電解質の場合、高
湿度領域で電解質が溶出するので、感湿特性が経時的に
変化する。また、親水性高分子と疎水性高分子との重合
体は、親水性高分子の割合があまり多くなると親水性高
分子単独のときと同様の問題が生じるし、逆に疎水性高
分子の割合があまり多くなると、低湿度側領域で感湿特
性を示さなくなり、重合比率の制御が困難である。それ
故、この発明の目的は、広範囲の湿度領域で長期間にわ
たり安定した感湿特性を得られる湿度センサを提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、この発明の湿度センサは、メラミンもしくはその誘
導体、下記一般式[1]で示される化合物及び下記一般
式[2]で示される化合物を共重合して得られるポリマ
ーを感湿材料とすることを特徴とする。
に、この発明の湿度センサは、メラミンもしくはその誘
導体、下記一般式[1]で示される化合物及び下記一般
式[2]で示される化合物を共重合して得られるポリマ
ーを感湿材料とすることを特徴とする。
【0006】一般式[1] (式中R1、R2、R3、R4、Aは直鎖または分枝の炭化
水素基を表し、R1、R2、R3、R4、Aのいずれか2つ
以上がそれぞれ結合して環状構造を形成してもよい。) 一般式[2] X1−B−X2 (式中X1及びX2はハロゲン元素、Bは直鎖または分枝
の炭化水素基を表す。)一般式[1]および一般式
[2]におけるA,Bとしてはメチレン、エチレン、プ
ロピレン、ブチレン、イソブチレン、ペンチレン、へキ
シレン等のアルキレン基、(置換)シクロヘキシレン
基、(置換)フェニレン基等が挙げられるが、ペンチレ
ン基及びへキシレン基が好ましい。
水素基を表し、R1、R2、R3、R4、Aのいずれか2つ
以上がそれぞれ結合して環状構造を形成してもよい。) 一般式[2] X1−B−X2 (式中X1及びX2はハロゲン元素、Bは直鎖または分枝
の炭化水素基を表す。)一般式[1]および一般式
[2]におけるA,Bとしてはメチレン、エチレン、プ
ロピレン、ブチレン、イソブチレン、ペンチレン、へキ
シレン等のアルキレン基、(置換)シクロヘキシレン
基、(置換)フェニレン基等が挙げられるが、ペンチレ
ン基及びへキシレン基が好ましい。
【0007】メラミン誘導体としては、N(2),N
(2)−ジアリルメラミンのようにアリル基を2つ以上
有するものが好ましい。
(2)−ジアリルメラミンのようにアリル基を2つ以上
有するものが好ましい。
【作用】この発明において、前記3成分を共重合させて
得られるポリマーの具体的作用については定かでない。
しかし、メラミンもしくはその誘導体を除く2成分を重
合して得られるポリマーの場合、大きく経時変化するの
に対して、メラミンもしくはその誘導体を含む3成分を
共重合させて得られるポリマーの場合、経時変化が非常
に小さいことから、メラミンもしくはその誘導体が前記
2成分と架橋しているものと考えられる。
得られるポリマーの具体的作用については定かでない。
しかし、メラミンもしくはその誘導体を除く2成分を重
合して得られるポリマーの場合、大きく経時変化するの
に対して、メラミンもしくはその誘導体を含む3成分を
共重合させて得られるポリマーの場合、経時変化が非常
に小さいことから、メラミンもしくはその誘導体が前記
2成分と架橋しているものと考えられる。
【0008】一般式[1]および一般式[2]における
A,Bとして、ペンチレン又はヘキシレンよりもメチレ
ン基が多いと耐水性は向上するが、抵抗値が高くなりす
ぎる。他方、ペンチレン又はヘキシレンよりもメチレン
基が少ないと、抵抗値は小さくなるが、耐水性が劣化す
る。
A,Bとして、ペンチレン又はヘキシレンよりもメチレ
ン基が多いと耐水性は向上するが、抵抗値が高くなりす
ぎる。他方、ペンチレン又はヘキシレンよりもメチレン
基が少ないと、抵抗値は小さくなるが、耐水性が劣化す
る。
【0009】メラミン誘導体としては、N(2),N
(2)−ジアリルメラミンのようにアリル基を2つ以上
有すると、1つのメラミン誘導体に対して複数のアリル
基が重合に寄与するので、メラミン誘導体が重合体の主
鎖中に入ることができ、メラミンの特性を生かすことが
できる。
(2)−ジアリルメラミンのようにアリル基を2つ以上
有すると、1つのメラミン誘導体に対して複数のアリル
基が重合に寄与するので、メラミン誘導体が重合体の主
鎖中に入ることができ、メラミンの特性を生かすことが
できる。
【0010】
【実施例】この発明の実施例の湿度センサを図面ととも
に説明する。図1は、実施例の湿度センサを示し、
(a)はセンサ本体とリードとを分解したところの平面
図、(b)は(a)のXY断面図である。
に説明する。図1は、実施例の湿度センサを示し、
(a)はセンサ本体とリードとを分解したところの平面
図、(b)は(a)のXY断面図である。
【0011】湿度センサは、大きさ5×15×0.6m
mの電気絶縁性のアルミナ基板1と、アルミナ基板1の
主面上に櫛形に対向して形成された1対の電極2,3
と、電極2,3の一端に連ねて形成されたパッド4,5
と、アルミナ基板1の主面上に電極2,3を覆うように
形成された感湿膜6と、パッド4,5に導電性樹脂(図
示省略)にて接続されるリード7,8とを備える。この
実施例の湿度センサは、以下の手順で製造される。
mの電気絶縁性のアルミナ基板1と、アルミナ基板1の
主面上に櫛形に対向して形成された1対の電極2,3
と、電極2,3の一端に連ねて形成されたパッド4,5
と、アルミナ基板1の主面上に電極2,3を覆うように
形成された感湿膜6と、パッド4,5に導電性樹脂(図
示省略)にて接続されるリード7,8とを備える。この
実施例の湿度センサは、以下の手順で製造される。
【0012】アルミナ基板1の主面上にAuをスパッタ
リングして電極2,3及びパッド4,5を設ける。感湿
材料を含む溶液を電極2,3上に厚さ約1μm以下に塗
布し、150℃に加熱して溶剤を除去する。このときの
塗布は、感湿材料を含む溶液にアルミナ基板1を浸漬す
ることによっても良いし、そのような溶液をアルミナ基
板1の主面上でスピンコートさせることによっても良
い。導電性の樹脂をパッド4,5に塗布し、そこにリー
ド7,8の一端を載せて、放置する。しばらくすると導
電性樹脂が硬化して湿度センサとして完成する。
リングして電極2,3及びパッド4,5を設ける。感湿
材料を含む溶液を電極2,3上に厚さ約1μm以下に塗
布し、150℃に加熱して溶剤を除去する。このときの
塗布は、感湿材料を含む溶液にアルミナ基板1を浸漬す
ることによっても良いし、そのような溶液をアルミナ基
板1の主面上でスピンコートさせることによっても良
い。導電性の樹脂をパッド4,5に塗布し、そこにリー
ド7,8の一端を載せて、放置する。しばらくすると導
電性樹脂が硬化して湿度センサとして完成する。
【0013】感湿材料を含む溶液は、メラミンもしくは
その誘導体、前記一般式[1]で示される化合物及び前
記一般式[2]で示される化合物を溶剤中、常温以上溶
剤の沸点以下の温度で攪拌混合させて得られる。各単量
体が重合していることは、FT−IR(フーリエ変換赤
外分光光度計)にて確認できる。
その誘導体、前記一般式[1]で示される化合物及び前
記一般式[2]で示される化合物を溶剤中、常温以上溶
剤の沸点以下の温度で攪拌混合させて得られる。各単量
体が重合していることは、FT−IR(フーリエ変換赤
外分光光度計)にて確認できる。
【0014】実施例の効果を確認するために、重量基準
でN(2),N(2)−ジアリルメラミン1部、N,
N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキ
サン1部、1,5−ジブロモペンタン1部、メタノール
10部及びアセトニトリル10部を60〜65℃で攪拌
混合して、試料No.1の感湿材料を含む溶液を調製し
た。また、1,5−ジブロモペンタンに代えて1,6−
ジブロモヘキサンを用いた以外は、試料No.1と同一
条件で試料No.2の感湿材料を含む溶液を調製した。
でN(2),N(2)−ジアリルメラミン1部、N,
N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキ
サン1部、1,5−ジブロモペンタン1部、メタノール
10部及びアセトニトリル10部を60〜65℃で攪拌
混合して、試料No.1の感湿材料を含む溶液を調製し
た。また、1,5−ジブロモペンタンに代えて1,6−
ジブロモヘキサンを用いた以外は、試料No.1と同一
条件で試料No.2の感湿材料を含む溶液を調製した。
【0015】試料No.1及び試料No.2の感湿材料
を含む溶液をFT−IRで分析したところ、3200c
m-1(1/λ)及び3010cm-1(1/λ)付近の2
箇所でピークが認められた。攪拌混合する前の各原料単
体では、これらのピークは認められなかった。また、N
(2),N(2)−ジアリルメラミン、N,N,N’,
N’−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン及び
1,5−ジブロモペンタンもしくは1,6−ジブロモヘ
キサンのうち、いずれか1種を除いて攪拌混合して得ら
れた溶液でも、上記のピークは認められなかった。従っ
て、試料No.1,2の感湿材料は、上記3成分の重合
体であるものと認められる。
を含む溶液をFT−IRで分析したところ、3200c
m-1(1/λ)及び3010cm-1(1/λ)付近の2
箇所でピークが認められた。攪拌混合する前の各原料単
体では、これらのピークは認められなかった。また、N
(2),N(2)−ジアリルメラミン、N,N,N’,
N’−テトラメチル−1,6−ジアミノヘキサン及び
1,5−ジブロモペンタンもしくは1,6−ジブロモヘ
キサンのうち、いずれか1種を除いて攪拌混合して得ら
れた溶液でも、上記のピークは認められなかった。従っ
て、試料No.1,2の感湿材料は、上記3成分の重合
体であるものと認められる。
【0016】試料No.1及び試料No.2の感湿材料
を含む溶液を用いて、湿度センサを製造し、得られた湿
度センサを分流式湿度発生槽に設置した。分流式湿度発
生槽は、水蒸気と乾燥空気とを所定流量比で混合して所
望の湿度を発生するもので、流量比と湿度との関係を予
め露点計にて検量済みのものである。槽内の雰囲気を2
0℃一定で20%RH→90%RH→20%RHの方向
に湿度を変化させ、10%RH変化する毎に10分間ガ
ス流量を固定して定常状態とし、その湿度における湿度
センサの電極間抵抗を測定した。試料No.1の測定結
果を図2に、試料No.2の測定結果を図3に示す。
を含む溶液を用いて、湿度センサを製造し、得られた湿
度センサを分流式湿度発生槽に設置した。分流式湿度発
生槽は、水蒸気と乾燥空気とを所定流量比で混合して所
望の湿度を発生するもので、流量比と湿度との関係を予
め露点計にて検量済みのものである。槽内の雰囲気を2
0℃一定で20%RH→90%RH→20%RHの方向
に湿度を変化させ、10%RH変化する毎に10分間ガ
ス流量を固定して定常状態とし、その湿度における湿度
センサの電極間抵抗を測定した。試料No.1の測定結
果を図2に、試料No.2の測定結果を図3に示す。
【0017】図2及び図3から明らかなように、試料N
o.1及び試料No.2ともにヒステリシスが約1%R
H以下であり、しかも20%RHでの抵抗値も約40M
Ωであり、実用上問題のない感湿特性を示した。
o.1及び試料No.2ともにヒステリシスが約1%R
H以下であり、しかも20%RHでの抵抗値も約40M
Ωであり、実用上問題のない感湿特性を示した。
【0018】次にこれらの湿度センサを、室内で稼働さ
せ、所定時間(50,250,500,750,1000hr)毎に20%R
H、50%RH又は90%RHの所定湿度雰囲気に設置
した時の出力誤差を測定した。試料No.1の測定結果
を図4に、試料No.2の測定結果を図6に示す。
せ、所定時間(50,250,500,750,1000hr)毎に20%R
H、50%RH又は90%RHの所定湿度雰囲気に設置
した時の出力誤差を測定した。試料No.1の測定結果
を図4に、試料No.2の測定結果を図6に示す。
【0019】図4及び図6にみられるように、この実施
例の湿度センサは、20%RH、50%RH、90%R
Hの測定において出力誤差が±3%RH以内と小さく、
非常に安定したものであった。
例の湿度センサは、20%RH、50%RH、90%R
Hの測定において出力誤差が±3%RH以内と小さく、
非常に安定したものであった。
【0020】さらに、試料No.1及び試料No.2の
湿度センサを40℃,95%RHという高温高湿雰囲気
で稼働させ、所定時間(50,100,250,500,750,1000hr)
毎に20%RH、50%RH又は90%RHの所定湿度
雰囲気に設置した時の出力誤差を測定した。測定結果を
それぞれ図5及び図7に示す。図5及び図7にみられる
ように、この厳しい条件にもかかわらず、20%RH、
50%RH、90%RHの測定において出力誤差は±3
%RH以内であった。
湿度センサを40℃,95%RHという高温高湿雰囲気
で稼働させ、所定時間(50,100,250,500,750,1000hr)
毎に20%RH、50%RH又は90%RHの所定湿度
雰囲気に設置した時の出力誤差を測定した。測定結果を
それぞれ図5及び図7に示す。図5及び図7にみられる
ように、この厳しい条件にもかかわらず、20%RH、
50%RH、90%RHの測定において出力誤差は±3
%RH以内であった。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明の湿度センサに
よれば、20%RH〜90%RHという広範囲の湿度領
域で長期安定的に正確に湿度を測定することができる。
よれば、20%RH〜90%RHという広範囲の湿度領
域で長期安定的に正確に湿度を測定することができる。
【図1】実施例の湿度センサを示し、(a)はセンサ本
体とリードとを分解したところの平面図、(b)は
(a)のXY断面図である。
体とリードとを分解したところの平面図、(b)は
(a)のXY断面図である。
【図2】試料No.1の感湿材料を用いた湿度センサの
相対湿度に対する抵抗値変化を示すグラフである。
相対湿度に対する抵抗値変化を示すグラフである。
【図3】試料No.2の感湿材料を用いた湿度センサの
相対湿度に対する抵抗値変化を示すグラフである。
相対湿度に対する抵抗値変化を示すグラフである。
【図4】試料No.1の感湿材料を用いた湿度センサ
を、室内で稼働させ、所定時間毎に20%RH、50%
RH又は90%RHの所定湿度雰囲気に設置した時の出
力誤差を示すグラフである。
を、室内で稼働させ、所定時間毎に20%RH、50%
RH又は90%RHの所定湿度雰囲気に設置した時の出
力誤差を示すグラフである。
【図5】試料No.1の感湿材料を用いた湿度センサを
40℃,95%RHという高温高湿雰囲気で稼働させ、
所定時間毎に20%RH、50%RH又は90%RHの
所定湿度雰囲気に設置した時の出力誤差を示すグラフで
ある。
40℃,95%RHという高温高湿雰囲気で稼働させ、
所定時間毎に20%RH、50%RH又は90%RHの
所定湿度雰囲気に設置した時の出力誤差を示すグラフで
ある。
【図6】試料No.2の感湿材料を用いた湿度センサ
を、室内で稼働させ、所定時間毎に20%RH、50%
RH又は90%RHの所定湿度雰囲気に設置した時の出
力誤差を示すグラフである。
を、室内で稼働させ、所定時間毎に20%RH、50%
RH又は90%RHの所定湿度雰囲気に設置した時の出
力誤差を示すグラフである。
【図7】試料No.2の感湿材料を用いた湿度センサを
40℃,95%RHという高温高湿雰囲気で稼働させ、
所定時間毎に20%RH、50%RH又は90%RHの
所定湿度雰囲気に設置した時の出力誤差を示すグラフで
ある。
40℃,95%RHという高温高湿雰囲気で稼働させ、
所定時間毎に20%RH、50%RH又は90%RHの
所定湿度雰囲気に設置した時の出力誤差を示すグラフで
ある。
1 アルミナ基板 2,3 電極 4,5 パッド 6 感湿膜 7,8 リード
Claims (4)
- 【請求項1】 メラミンもしくはその誘導体、下記一般
式[1]で示される化合物及び下記一般式[2]で示さ
れる化合物を共重合して得られるポリマーを感湿材料と
することを特徴とする湿度センサ。 一般式[1] (式中R1、R2、R3、R4、Aは直鎖または分枝の炭化
水素基を表し、R1、R2、R3、R4、Aのいずれか2つ
以上がそれぞれ結合して環状構造を形成してもよい。) 一般式[2] X1−B−X2 (式中X1及びX2はハロゲン元素、Bは直鎖または分枝
の炭化水素基を表す。) - 【請求項2】 メラミン誘導体が、アリル基を2つ以上
有する請求項1に記載の湿度センサ。 - 【請求項3】 Aが、へキシレン基である請求項1又は
2に記載の湿度センサ。 - 【請求項4】 Bが、ペンチレン基もしくはへキシレン
基である請求項1〜3に記載の湿度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15849795A JPH08327578A (ja) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15849795A JPH08327578A (ja) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | 湿度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08327578A true JPH08327578A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=15673036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15849795A Pending JPH08327578A (ja) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | 湿度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08327578A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101670181B1 (ko) * | 2015-08-03 | 2016-10-27 | 인천대학교 산학협력단 | 수분센서용 도파민―멜라닌 필름의 제조방법 |
-
1995
- 1995-05-31 JP JP15849795A patent/JPH08327578A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101670181B1 (ko) * | 2015-08-03 | 2016-10-27 | 인천대학교 산학협력단 | 수분센서용 도파민―멜라닌 필름의 제조방법 |
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