KR20190072454A - 전자 유량계의 전위 검출용 전극 - Google Patents

전자 유량계의 전위 검출용 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전체로 덮인 고리형 홈을 갖고 있음에도 불구하고, 도통의 신뢰성이 높은 전위 검출용 전극을 제공하는 것을 과제로 한다.
측정관(13) 내에 노출되는 접액부(25)를 가지며, 도전체(42)에 의해 모재(41)가 덮여서 형성된 본체부(21)와, 도전체(42)에 전기적으로 접속된 단자부(22)를 구비한다. 본체부(21)는, 일단부가 접액부(25)가 되는 원기둥형의 소직경부(23)와, 소직경부(23)로부터 직경 방향의 외측으로 연장되는 원판형의 대직경부(24)를 갖는다. 단자부(22)는, 대직경부(24)가 감합하는 통체(33)를 갖는 도통부(31)와, 도통부(31)로부터 본체부(21)와는 반대 방향으로 연장되는 축부(32)를 갖는다. 대직경부(24)의 외주부에는, 대직경부(24)와 통체(33) 사이에 고리형 홈(52)을 구성하는 고리형의 오목부(51)가 형성되어 있다.

Description

전자 유량계의 전위 검출용 전극{ELECTRODE FOR POTENTIAL DETECTION OF ELECTROMAGNETIC FLOWMETER}
본 발명은, 접액부를 포함하는 본체부가 도전성을 갖는 재료로 덮인 전자 유량계의 전위 검출용 전극에 관한 것이다.
종래의 전자 유량계로는, 측정관 내를 흐르는 유체에 발생하는 기전력을 전위 검출용 전극에 의해 취출하는 구성의 것이 있다. 이 전위 검출용 전극을 형성하는 재료는, 스테인리스강이 일반적이지만, 검출 대상의 부식성에 따라서 여러 재료가 이용되고 있다. 내식성이 높아지는 전극 재료는, 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있는 백금 등의 귀금속 재료가 많다. 귀금속 재료는, 재료 강도가 낮기 때문에 작성할 수 없는 형상이 있다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해서는, 귀금속이 아닌 재료를 기초 금속으로서 전극을 형성하고, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 이 전극을 귀금속 재료로 덮는 것이 고려된다.
그러나, 측정관 내를 흐르는 유체에 마모성의 물체가 혼입되어 있는 경우는, 전극을 덮는 귀금속 재료가 박리되는 경우가 있다. 또한, 측정관에 충격이 가해지거나, 측정관의 부식이나 제조시의 결함 등에 의해 전극을 덮는 귀금속 재료가 박리되는 경우가 있다.
이 귀금속 재료가 박리되면, 기초 금속과 귀금속 재료의 전위차에 의해 전기 화학적인 노이즈가 발생한다. 이 노이즈는, 전자 유량계의 출력 노이즈가 된다.
전극을 덮는 금속 재료가 박리되어 노이즈가 생기는 문제는, 본원의 출원인이 특허문헌 2에서 제안하고 있는 바와 같이, 전극 본체를 절연체에 의해 형성하고, 절연체의 표면을 귀금속 재료로 덮어 이 귀금속 재료를 도전 경로로 함으로써 해소할 수 있다. 특허문헌 2 중에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 절연체인 세라믹스에 의해 형성된 모재(1)가 내식성을 갖는 금속으로 이루어진 도전체(2)로 덮인 구조의 전위 검출용 전극(3)이 기재되어 있다. 이 전위 검출용 전극(3)은, 측정관(4)에 형성된 전극 삽입 관통용의 구멍(5)에 삽입되는 제1 소직경부(3a)와, 측정관(4)의 외측에 위치하는 대직경부(3b)와, 이 대직경부(3b)로부터 제1 소직경부(3a)와는 반대 방향으로 돌출된 제2 소직경부(3c)를 갖고 있다. 제2 소직경부(3c)에는 리드선(6)이 접속되어 있다.
대직경부(3b)에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 고리형 홈(7)이 형성되는 경우가 있다. 도 9에서, 도 8에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 관해서는, 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다. 이 고리형 홈(7)은, 개스킷(8)을 수용하는 홈이며, 제1 소직경부(3a)와 동일 축선상에 위치하는 고리형으로 형성되어 있다. 개스킷(8)은, 측정관(4) 내의 유체 통로(4a)와 전위 검출용 전극(3)의 대직경부(3b) 사이를 시일하기 위한 것이다.
이와 같이 고리형 홈(7)을 갖는 전위 검출용 전극(3)의 도전체(2)는, 고리형 홈(7)의 내주면(7a), 저면(7b) 및 외주면(7c)이 균등하게 덮이도록, 금속 페이스트(도시하지 않음)를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 금속 페이스트는, 금속분을 포함하는 페이스트이며, 모재(1)에 도포된 상태로 모재(1)와 함께 소성하고, 금속 페이스트 소결을 행함으로써 도전체(2)가 된다.
특허문헌 1 : 일본 실용 공개 평2-16024호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 출원 2017-038984
도 9에 나타낸 바와 같이 고리형 홈(7)을 포함하여 도전체(2)로 덮인 전위 검출용 전극(3)에서는, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 고리형 홈(7)의 외주벽으로부터 도전체(2)의 일부(2a)가 박리될 우려가 있었다. 그 이유는, 소성시에 선팽창계수의 차로 인해 선팽창계수가 큰 재료가 더욱 크게 수축되어, 수축 응력이 생기기 때문이다. 그 수축 응력은 직경 방향의 내측을 향해 발생한다. 즉, 대직경부(3b)의 세라믹스로 이루어진 모재(1)와 도전체(2)의 밀착성이 부족하면, 도전체(2)가 모재(1)보다 크게 수축되어, 고리형 홈(7)의 외주벽으로부터 직경 방향의 내측을 향해 박리되게 된다.
또한, 전위 검출용 전극(3)의 외측을 향해 돌출된 모서리부는, 도전체(2)의 두께가 얇아지기 쉬워, 신호 검출에 필요한 두께를 확보할 수 없을 우려가 있었다. 모서리부에서 두께가 얇아지면, 도통의 신뢰성이 낮아져, 신호 검출에 필요한 도전성을 확보할 수 없게 된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 대직경부(3b)에 고리형 홈(7)이 형성되어 있으면, 고리형 홈(7)보다 직경 방향의 외측에 통형 부분(9)이 형성되게 되고, 그 만큼 도전체(2)가 얇아지는 모서리부의 수가 증가하여, 도통의 신뢰성이 낮아져 버린다. 이러한 신뢰성의 문제는, 개스킷(8)을 수용하는 고리형 홈(7)을 갖는 전위 검출용 전극(3)뿐만 아니라, 다른 이유로 고리형 홈이 형성되는 전극에도 동일하게 생긴다.
본 발명의 목적은, 도전체로 덮인 고리형 홈을 갖고 있음에도 불구하고, 도통의 신뢰성이 높은 전위 검출용 전극을 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 전자 유량계의 전위 검출용 전극은, 전자 유량계의 측정관 내에 노출되는 접액부를 가지며, 도전성을 갖는 재료에 의해 모재가 덮여서 형성된 본체부와, 상기 도전성을 갖는 재료에 전기적으로 접속된 단자부를 구비하고, 상기 본체부는, 상기 측정관의 전극 삽입 구멍에 삽입되어 일단부가 상기 접액부가 되는 원기둥형의 소직경부와, 상기 소직경부의 타단부에 일단부가 접속되어 상기 소직경부로부터 직경 방향의 외측으로 연장되는 원판형의 대직경부를 가지며, 상기 단자부는, 상기 대직경부가 감합하는 통체를 가지며, 상기 대직경부에 전기적으로 접속된 바닥이 있는 원통형의 도통부와, 상기 도통부로부터 상기 본체부와는 반대 방향으로 연장되는 축부를 가지며, 상기 대직경부의 외주부와, 상기 통체의 내주부 중의 어느 한쪽에는, 상기 대직경부와 상기 통체 사이에 고리형 홈을 구성하는 고리형의 오목부가 형성되어 있는 것이다.
본 발명은, 상기 전자 유량계의 전위 검출용 전극에 있어서, 상기 고리형 홈은 개스킷을 수용하는 홈이어도 좋다.
본 발명에서는, 고리형 홈의 외주벽이 단자부의 통체에 의해 형성되기 때문에, 도전성을 갖는 재료(이하, 단순히 도전체라고 함)에 의해 구성되는 도전 경로에 고리형 홈의 외주벽은 포함되지 않게 된다. 이 때문에, 도전체가 박리되기 쉬운 부분을 제외하고 도전체에 의해 도전 경로를 구성할 수 있다. 또한, 고리형 홈의 외주벽에 형성된 도전체가 도전 경로가 포함되는 경우와 비교하면, 도통 신뢰성의 장애가 되기 쉬운 모서리부가 감소하여, 도통의 신뢰성이 높아진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 고리형 홈과, 도전체로 덮인 본체부를 갖고 있음에도 불구하고, 도통의 신뢰성이 높아지는 전위 검출용 전극을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 전위 검출용 전극을 구비한 전자 유량계의 단면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 의한 전위 검출용 전극의 관로측에서 본 정면도이다.
도 3은 도 2에서의 III-III선 단면도이다.
도 4는 제1 실시형태에 의한 모재의 사시도이다.
도 5는 제1 실시형태에 의한 단자부의 사시도이다.
도 6은 제2 실시형태에 의한 전위 검출용 전극의 관로측에서 본 정면도이다.
도 7은 도 6에서의 VII-VII선 단면도이다.
도 8은 종래의 전위 검출용 전극의 단면도이다.
도 9는 종래의 고리형 홈을 갖는 전위 검출용 전극의 단면도이다.
도 10은 도전체의 일부가 박리된 종래의 전위 검출용 전극의 정면도이다.
도 11은 도 10에서의 XI-XI선 단면도이다.
(제1 실시형태)
이하, 본 발명에 관한 전자 유량계의 전위 검출용 전극의 일실시형태를 도 1∼도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 나타내는 전위 검출용 전극(11)(이하, 단순히 전극(11)이라고 함)은, 전자 유량계(12)의 측정관(13)에 유체 통로(14)의 외측으로부터 부착되어 있다.
측정관(13)은, 본체(15)와, 이 본체(15)의 내면에 설치된 라이닝(16)과, 전극(11)을 수용하는 바닥이 있는 원통형의 전극캡(17) 등을 구비하고 있다. 라이닝(16)에는, 전극용 부착 시트(18)가 일체로 설치되어 있다. 이 전극용 부착 시트(18)에는, 전극(11)을 삽입하기 위한 전극 삽입 구멍(19)이 뚫려 있다.
이 실시형태에 의한 전극(11)은, 라이닝(16)의 전극 삽입 구멍(19)에 삽입된 본체부(21)와, 이 본체부(21)와는 별개로 형성되어 본체부(21)에 중첩된 단자부(22)를 구비하고 있다.
본체부(21)는, 상세한 것은 후술하지만, 도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이, 일단부가 측정관(13) 내의 유체 통로(14)로 향하는 원기둥형의 소직경부(23)와, 이 소직경부(23)의 타단부로부터 직경 방향의 외측으로 연장되는 원판형의 대직경부(24)에 의해 형성되어 있다.
이 본체부(21)의 일단부는, 측정관(13) 내에 노출되어, 측정관(13) 내를 흐르는 유체(도시하지 않음)에 접촉하는 접액부(25)가 된다. 대직경부(24)는, 소직경부(23)보다 외경이 커지는 원판형으로 형성되어 있고, 후술하는 압축 코일 스프링(26)의 스프링력에 의해, 전극용 부착 시트(18)를 향해 압박되어 있다. 대직경부(24)와 전극용 부착 시트(18) 사이에는 개스킷(27)이 설치되어 있다.
단자부(22)는, 도전성을 갖는 재료에 의해 소정의 형상으로 형성되어 있다. 이 실시형태에 의한 단자부(22)는, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본체부(21)의 대직경부(24)에 접속된 바닥이 있는 원통형의 도통부(31)와, 이 도통부(31)의 축심부로부터 본체부(21)와는 반대 방향으로 연장되는 축부(32)를 갖고 있다. 도통부(31)는, 대직경부(24)의 외주면에 감합하는 원통형의 통체(33)와, 대직경부(24)의 타단부와 마주보고 접하는 원판(34)으로 구성되어 있다. 축부(32)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 절연체로 이루어진 통체(35)로 덮여 있고, 전극캡(17)의 저벽(17a)을 관통하여 전극캡(17)의 밖으로 돌출되어 있다. 이 저벽(17a)에는 관통 구멍(36)이 뚫려 있고, 축부(32)와 통체(35)는, 이 관통 구멍(36) 내를 통과하고 있다. 단자부(22)의 돌출측 단부에는, 리드선용 단자(도시하지 않음)를 접속하기 위한 나사 구멍(37)이 형성되어 있다.
전극캡(17)은, 압축 코일 스프링(26)을 유지하는 기능을 갖고 있다. 이 전극캡(17)은, 내부에 압축 코일 스프링(26)을 수용한 상태로 본체(15)의 나사 구멍(38)에 나사 부착되어 있다. 압축 코일 스프링(26)은, 중심부에 축부(32)가 삽입된 상태로 압축되어 전극캡(17) 내에 수용되어 있다. 압축 코일 스프링(26)의 일단부는, 와셔(39)를 통해 단자부(22)의 원판(34)을 본체부(21)를 향해 압박하고, 타단부는, 고리형의 절연판(40)을 통해 전극캡(17)의 저벽(17a)을 본체부(21)와는 반대 방향으로 압박하고 있다.
전극(11)의 본체부(21)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 절연 재료인 세라믹스에 의해 형성된 모재(41)와, 이 모재(41)를 덮는 도전성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있다. 이 실시형태에서는, 편의상, 이 모재(41)를 덮는 도전성을 갖는 재료를 단순히 「도전체(42)」라고 한다. 전술한 단자부(22)는, 본체부(21)의 대직경부(24)에 중첩되는 것에 의해, 도전체(42)에 전기적으로 접속되어 있다.
모재(41)의 세라믹스 원료로는, SiC, Al2O3, ZrO2, Y2O3, Si3N4, SiO 등을 사용할 수 있다. 모재(41)는, 세라믹스 원료를 주형(도시하지 않음)에 의해 본체부(21)의 형상으로 성형하고, 이 성형물을 소성함으로써 형성되어 있다.
도전체(42)는, 도전성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 이 도전체(42)를 형성하는 도전성을 갖는 재료는, 예컨대, Pt, Ti, Au, Ta, WC 등의 내식성을 갖는 금속 재료를 이용할 수 있고, 땜납이나, 도전성을 갖는 합성 수지 재료나, 도전성 잉크 등도 사용하는 것이 가능하다. 이 실시형태에 의한 도전체(42)는, 소성전의 모재(41)에 도포된 금속 페이스트(도시하지 않음)를 모재(41)와 함께 소성함으로써 형성되어 있다. 금속 페이스트는, 금속의 분체와 용제를 혼합하여 형성되어 있다. 이 금속 페이스트가 소성됨으로써, 금속의 분체가 용융되고, 모재(41)의 외측 표면을 전역에 걸쳐 덮는 도전체(42)가 된다.
본체부(21)의 모재(41)는, 전술한 도전체(42)와 협동하여 소직경부(23)를 구성하는 원기둥부(43)와, 전술한 도전체(42)와 협동하여 대직경부(24)를 구성하는 원판부(44)에 의해 형성되어 있다. 원기둥부(43)와 원판부(44)는 일체로 형성되어 있다.
원판부(44)의 외주부이자 원판부(44)의 일단측(원기둥부(43)측)은, 타단측보다 소직경으로 형성되어 있다. 이 때문에, 원판부(44)의 외주부에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 원판부(44)의 축선 방향의 일단부면(44a)으로부터 축선 방향으로 연장되는 제1 둘레면(44b)과, 이 제1 둘레면(44b)으로부터 직경 방향의 외측으로 연장되어 원판부(44)의 가장 외측의 제2 둘레면(44c)에 접속되는 단부면(44d)에 의해 단차부(45)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 전위 검출용 전극(11)에서는, 모재(41)의 외측 표면에 금속 페이스트를 도포하여 이들을 소성함으로써, 도 3에 나타낸 바와 같이, 모재(41)의 외측 표면이 도전체(42)로 덮인 본체부(21)가 형성된다. 이 본체부(21)는, 모재(41)의 원기둥부(43)가 도전체(42)로 덮여서 이루어진 소직경부(23)와, 모재(41)의 원판부(44)가 도전체(42)로 덮여서 이루어진 대직경부(24)에 의해 구성된다. 원판부(44)의 단차부(45)의 제1 둘레면(44b)은 도전체(42a)에 의해 덮이고, 단부면(44d)은 도전체(42b)에 의해 덮인다. 이 때문에, 대직경부(24)의 외주부에는, 단차부(45)가 도전체(42a)와 도전체(42b)에 의해 덮이는 것에 의해, 고리형의 오목부(51)가 형성된다.
이 실시형태에 의한 전위 검출용 전극(11)은, 도전체(42)로 덮인 본체부(21)에 단자부(22)를 부착하여 조립된다. 단자부(22)를 본체부(21)에 부착하기 위해서는, 우선, 단자부(22)의 통체(33) 내에 본체부(21)의 대직경부(24)를 감합시킨다. 그리고, 접액부(25)가 일단부에 설치된 본체부(21)의 타단부면(21a)을 단자부(22)의 원판(34)에 중합시킨다. 이와 같이 본체부(21)에 단자부(22)가 부착됨으로써, 도 3에 나타낸 바와 같이, 대직경부(24)의 외주부에 설치되어 있는 고리형의 오목부(51)와, 단자부(22)의 통체(33) 사이에, 측정관(13) 내를 향해 개방된 고리형 홈(52)이 형성된다. 이 고리형 홈(52)에는, 전술한 개스킷(27)이 수용된다.
이와 같이 구성된 전극에서는, 단자부(22)의 통체(33)에 의해 고리형 홈(52)의 외주벽이 구성되기 때문에, 도전체(42)에 의해 구성되는 도전 경로에 고리형 홈(52)의 외주벽은 포함되지 않게 된다. 이 때문에, 도전체(42)가 박리되기 쉬운 부분을 제외하고 도전체(42)에 의해 도전 경로를 구성할 수 있다. 또한, 종래와 같은 경우, 즉 고리형 홈(52)의 외주벽에 형성된 도전체(42)가 도전 경로에 포함되는 경우와 비교하면, 도통 신뢰성의 장애가 되기 쉬운 모서리부가 감소하여, 도통의 신뢰성이 높아진다.
따라서, 이 실시형태에 의하면, 고리형 홈(52)과, 도전체(42)로 덮인 본체부(21)를 갖고 있음에도 불구하고, 도통의 신뢰성이 높아지는 전위 검출용 전극을 제공할 수 있다.
이 실시형태에 의한 고리형 홈(52)은, 개스킷(27)을 수용하는 홈이다. 이 개스킷(27)보다 본체부(21)의 직경 방향의 내측이 시일부가 된다. 이 때문에, 단자부(22)의 통체(33)는, 시일부의 밖에 위치하게 되므로, 이 통체(33)를 포함하여 단자부(22)는, 측정관(13) 내를 흐르는 유체에 접촉하지 않는다. 따라서, 단자부(22)를 저렴한 도체에 의해 형성할 수 있기 때문에, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있어, 전자 유량계의 전위 검출용 전극을 저렴하게 제공할 수 있게 된다.
(제2 실시형태)
본 발명에 관한 전자 유량계의 전위 검출용 전극은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 구성할 수 있다. 도 6 및 도 7에서, 도 1∼도 5에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 관해서는, 동일 부호를 붙이고 상세한 설명을 적절하게 생략한다.
도 6 및 도 7에 나타내는 전위 검출용 전극(61)은, 외주부에 단차부가 설치되지 않은 원판형의 대직경부(24)를 갖는 본체부(21)와, 이 본체부(21)의 외주면이 감합하는 통체(33)를 구비한 단자부(22)에 의해 구성되어 있다. 본체부(21)의 대직경부(24)는, 축선 방향의 전역에 걸쳐 외경이 일정해지도록 형성되어 있다.
이 실시형태에 의한 통체(33)는, 개구 단부면(33a)의 내주 가장자리로부터 축선 방향으로 연장되는 제1 내주면(33b)과, 이 제1 내주면(33b)으로부터 직경 방향의 내측으로 연장되어 통체(33)의 가장 내측의 제2 내주면(33c)에 접속되는 단부면(33d)을 갖고 있다. 이 때문에, 통체(33)의 내주부에는 고리형의 오목부(62)가 형성되어 있다.
이 실시형태에 의한 전위 검출용 전극(61)에서는, 본체부(21)에 단자부(22)가 부착됨으로써, 통체(33)의 내주부에 설치되어 있는 고리형의 오목부(62)와, 본체부(21)의 대직경부(24) 사이에, 측정관(13) 내를 향해 개방된 고리형 홈(63)이 형성된다. 이 고리형 홈(63)은 개스킷(27)을 수용하는 홈이다.
이 실시형태에서도, 단자부(22)의 통체(33)에 의해 고리형 홈(52)의 외주벽이 구성되기 때문에, 제1 실시형태를 채용할 때와 마찬가지로, 도통의 신뢰성이 높아지는 전위 검출용 전극을 제공할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서는, 제1 실시형태를 채용하는 경우와 비교하여 본체부(21)의 대직경부(24)에 형성되는 모서리부가 하나 감소하기 때문에, 도통의 신뢰성이 높아진다고 하는 이점도 있다.
11 : 전위 검출용 전극, 12 : 전자 유량계, 13 : 측정관, 19 : 전극 삽입 구멍, 21 : 본체부, 22 : 단자부, 23 : 소직경부, 24 : 대직경부, 25 : 접액부, 27 : 개스킷, 31 : 도통부, 32 : 축부, 33 : 통체, 41 : 모재, 42 : 도전체, 51, 62 : 고리형의 오목부, 52, 63 : 고리형 홈.

Claims (2)

  1. 전자 유량계의 전위 검출용 전극에 있어서,
    전자 유량계의 측정관 내에 노출되는 접액부를 가지며, 도전성을 갖는 재료에 의해 모재가 덮여서 형성된 본체부와,
    상기 도전성을 갖는 재료에 전기적으로 접속된 단자부를 포함하고,
    상기 본체부는,
    상기 측정관의 전극 삽입 구멍에 삽입되어 일단부가 상기 접액부가 되는 원기둥형의 소직경부와,
    상기 소직경부의 타단부에 일단부가 접속되어 상기 소직경부로부터 직경 방향의 외측으로 연장되는 원판형의 대직경부를 가지며,
    상기 단자부는,
    상기 대직경부가 감합하는 통체를 가지며, 상기 대직경부에 전기적으로 접속된 바닥이 있는 원통형의 도통부와,
    상기 도통부로부터 상기 본체부와는 반대 방향으로 연장되는 축부를 가지며,
    상기 대직경부의 외주부와, 상기 통체의 내주부 중의 어느 한쪽에는, 상기 대직경부와 상기 통체 사이에 고리형 홈을 구성하는 고리형의 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 유량계의 전위 검출용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고리형 홈은, 개스킷을 수용하는 홈인 것을 특징으로 하는 전자 유량계의 전위 검출용 전극.
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