DE102013112873A1 - Flowmeters and methods for determining the position of a flowmeter - Google Patents
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Abstract
Ein Durchflussmessgerät mit einem Transponder, welcher dazu ausgelegt ist anhand eines Anregungssignals ein Antwortsignal auszusenden, das eine Positionsbestimmung des Durchflussmessgerätes im Erdreich ermöglicht und ein Verfahren zur Positionsbestimmung des Durchflussmessgerätes.A flowmeter with a transponder, which is designed to emit a response signal based on an excitation signal, which enables a position determination of the flowmeter in the ground and a method for determining the position of the flowmeter.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Durchflussmessgerätes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The present invention relates to a flowmeter according to the preamble of
Ein weitverbreitetes Anwendungsgebiet sind erdvergrabene Rohrleitungen. Diese Rohrleitungen werden einerseits aus Platzgründen vergraben und um eine Erwärmung des Messmediums durch Sonneneinstrahlung zu verringern. Hier besteht der Bedarf und die Notwendigkeit der Durchflussmessung. Erdvergrabene Durchflussmessgeräte können beispielsweise zur Messung des Wasser/Abwasserverbrauchs in Privathaushalten, Städten und allgemein Ballungszentren genutzt werden. Sie können allerdings auch bei Leitungen mit über hunderte Kilometer Länge genutzt werden. Hier wird allerdings die Auffindbarkeit der Durchflussmessgeräte im seltenen Fall eines Ausfalls schwierig. Im Stadtbereich können größere Schachtungsarbeiten zu längeren Verkehrsausfällen führen. Auf dem Land ist die Wiederfindung aufgrund der großen Abstände sehr ungenau.A widespread field of application is buried pipelines. These pipes are buried on the one hand for reasons of space and to reduce heating of the medium by solar radiation. Here is the need and the need for flow measurement. For example, buried flowmeters can be used to measure water / wastewater consumption in homes, cities, and major metropolitan areas. However, they can also be used on lines over hundreds of kilometers in length. Here, however, the findability of flow meters in the rare case of failure is difficult. In the city area, larger shafting work can lead to longer traffic failures. In the countryside recovery is very inaccurate due to the large distances.
Die im Rahmen der vorliegenden Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermischen und/oder magnetisch induktiven Durchflussmessgeräte. Am gebräuchlichsten werden im erdvergrabenen Bereich die magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte aufgrund ihres robusten und ihrer zuverlässigen Messmethode eingesetzt. Allerdings können auch andere Messgeräte und Messprinzipien im erdvergrabenen Bereich eingesetzt werden.The present flowmeters are in particular Coriolis, ultrasonic, vortex, thermal and / or magnetic inductive flowmeters. Most commonly used in the earth-buried field are the electromagnetic flowmeters because of their robust and reliable measurement method. However, other measuring devices and measuring principles can also be used in the ground-buried area.
Durchflussmessgeräte sind insbesondere in der Prozessmesstechnik weit verbreitet und bekannt. Beispielhaft nutzen magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus und sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren eine Messspannung in im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung des Mediums und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes angeordneten Messelektroden. Die in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, also proportional zum Volumenstrom. Ist die Dichte des Mediums bekannt, lässt sich der Massestrom in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr bestimmen. Die Messspannung wird üblicherweise über ein Messelektrodenpaar abgegriffen, das bezüglich der Koordinate entlang der Messrohrachse in dem Bereich maximaler Magnetfeldstärke angeordnet ist und wo folglich die maximale Messspannung zu erwarten ist.Flowmeters are widely used and known, in particular in process measurement technology. By way of example, electromagnetic flowmeters for volumetric flow measurement utilize the principle of electrodynamic induction and are known from a variety of publications. Charge carriers of the medium moved perpendicularly to a magnetic field induce a measuring voltage in measuring electrodes which are essentially perpendicular to the direction of flow of the medium and perpendicular to the direction of the magnetic field. The measuring voltage induced in the measuring electrodes is proportional to the flow velocity of the medium, averaged over the cross section of the measuring tube, ie proportional to the volume flow. If the density of the medium is known, the mass flow in the pipeline or in the measuring tube can be determined. The measuring voltage is usually tapped via a pair of measuring electrodes, which is arranged with respect to the coordinate along the measuring tube axis in the region of maximum magnetic field strength and where consequently the maximum measuring voltage is to be expected.
Ausgehend von der vorgenannten Vorbetrachtung ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Auffindbarkeit eines Durchflussmessgerätes, insbesondere in erdvergrabenen Anwendungen, zu verbessern.Based on the aforementioned preliminary consideration, it is an object of the present invention to improve the findability of a flow meter, in particular in buried applications.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Durchflussmessgerät mit den Merkmalen das Anspruchs 1 oder durch Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 5.The present invention solves this problem with a flowmeter having the features of
Ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät weist einen Transponder auf, welcher dazu ausgelegt ist anhand eines Anregungssignals ein Antwortsignal auszusenden, das eine Positionsbestimmung des Durchflussmessgerätes im Erdreich oder in Gewässern ermöglicht.A flow meter according to the invention has a transponder which is designed to emit a response signal based on an excitation signal, which enables a position determination of the flowmeter in the ground or in waters.
Transponder sind an sich bekannt, um lawinenverschüttete Personen ausfindig zu machen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde mit Hilfe eines Transponders die Auffindbarkeit eines Durchflussmessgerätes im Erdreich oder in Unterseepipelines zu verbessern.Transponders are known per se to locate avalanche victims. The present invention is based on the idea with the aid of a transponder to improve the findability of a flowmeter in the ground or in submarine pipelines.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Anders als bei Lawinenverschütteten, bei welchen eine schnelle Hilfe notwendig ist, sind Durchflussmessgeräte mehrere Jahre, vereinzelt 10 oder 20 Jahre im Erdreich. Eine gesonderte Energieversorgung des Transponders wäre unter diesen Umständen aufwendig, da Energie von der Primärenergieversorgung des Durchflussmessgerätes abgezweigt werden müsste. Daher ist es von Vorteil, wenn der Transponder ohne zusätzliche Stromversorgung betrieben werden kann.Unlike avalanche burials, where quick help is needed, flow meters are several years, occasionally 10 or 20 years in the ground. A separate energy supply of the transponder would be expensive under these circumstances, since energy would have to be diverted from the primary energy supply of the flowmeter. Therefore, it is advantageous if the transponder can be operated without additional power supply.
Der Transponder kann vorteilhaft innerhalb eines Gehäusesegments, beispielsweise in einem Sensorgehäusesegment, einem Transmittergehäusesegment oder einem dazwischen befindlichen Überführungsstück des Durchflussmessgerätes angeordnet sein und dadurch vor Umwelteinflüssen geschützt sein. Es ist zudem von Vorteil, wenn der Transponder eine Antenne, vorzugsweise eine flexible Antenne, aufweist, welche aus dem Gehäuse des Durchflussmessgerätes herausragt. Diese Antenne kann in Richtung der Erdoberfläche ausgerichtet sein, so dass die Erdschicht, welche ein Signal, insbesondere ein Anregungssignal und/oder ein Antwortsignal, durchdringen muss, wesentlich verringert wird.The transponder can advantageously be arranged within a housing segment, for example in a sensor housing segment, a transmitter housing segment or an intermediate transfer piece of the flowmeter located therebetween and thus protected from environmental influences. It is also advantageous if the transponder has an antenna, preferably a flexible antenna, which protrudes from the housing of the flowmeter. This antenna can be oriented in the direction of the earth's surface, so that the earth layer, which must penetrate a signal, in particular an excitation signal and / or a response signal, is substantially reduced.
Zum Schutz vor Ausfall oder Manipulation ist es von Vorteil, wenn das Durchflussmessgerät ein Anschlusselement für Kabel zum Datenaustausch oder zur Energieversorgung aufweist, welche Kabel bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Durchflussmessgerätes im Erdreich angeordnet sind.To protect against failure or manipulation, it is advantageous if the flowmeter has a connection element for cables for data exchange or for power supply, which cables are arranged in accordance with the order of the flowmeter in the ground.
In einem erfindungsgemäßes Verfahren zur Positionsbestimmung eines Durchflussmessgerätes, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wird der Transponder mittels eines durch ein externes Gerät ausgesandtes elektromagnetisches Anregungssignal veranlasst, ein Antwortsignal auszusenden, wobei das externe Gerät in Abhängigkeit von der Intensität des Antwortsignals eine Positionsbestimmung des Durchflussmessgerätes ermöglicht. In an inventive method for determining the position of a flow measuring device, according to one of the preceding claims, the transponder is caused by an emitted by an external device electromagnetic excitation signal to emit a response signal, the external device depending on the intensity of the response signal allows a position determination of the flowmeter.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.
Das Antwortsignal kann beispielsweise ein Positionssignal sein, wobei das Positionssignal eine alphanumerische Information bezüglich der Position des Durchflussmessgerätes umfasst. Dadurch wird dem Nutzer bereits eine direkte Ortsangabe zur Verfügung gestellt. Hierzu kann das externe Gerät auch zunächst anhand eines GPS-Signals die Position des Nutzers bestimmen und anhand des Antwortsignals eine genaue Abstands- und Richtungsangabe ausgehend von der Position des Nutzers in Abgleich mit der Position des Nutzers ermöglichen.The response signal may be, for example, a position signal, wherein the position signal comprises an alphanumeric information regarding the position of the flowmeter. As a result, the user is already provided a direct location. For this purpose, the external device can also initially determine the position of the user on the basis of a GPS signal and, on the basis of the response signal, make it possible to obtain an exact distance and direction from the position of the user in alignment with the position of the user.
Alternativ oder zusätzlich kann das Antwortsignal als ein Ortungssignal ausgestaltet sein, welches eine Peilung des Durchflussmessgerätes ermöglicht. Diese Peilung kann durch ein visuelles oder akustisches Signal angezeigt werden.Alternatively or additionally, the response signal can be configured as a locating signal, which allows a bearing of the flowmeter. This bearing can be indicated by a visual or audible signal.
Das Antwortsignal kann vorteilhaft gegenüber dem Anregungssignal frequenzverdoppelt sein. Die Frequenzverdoppelung wird durch den Transponder vorgenommen.The response signal may advantageously be frequency doubled with respect to the excitation signal. The frequency doubling is done by the transponder.
Bei Unterseepipelines ist lediglich die Auffindbarkeit erleichtert. Die positionsgenaue Auffindung des Durchflussmessgerät bei erdvergrabenen Anwendungen hingegen bedeutet einen deutlich verringerten Arbeitsaufwand für die Wartung – insbesondere für das Freilegen des Durchflussmessgerätes.For submarine pipelines, only findability is easier. However, the accurate location of the flowmeter in buried applications means a significant reduction in the amount of work required for maintenance - especially for exposing the flowmeter.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren anhand eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes exemplarisch näher erläutert werden. Andere Feldgeräte sind dadurch jedoch nicht ausgeschlossen. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention allows numerous embodiments. Some of them will be explained in more detail here by way of example with reference to the following figures using a magnetic-inductive flowmeter. However, other field devices are not excluded. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen speziellen Anwendungsbereich von Durchflussmessgeräten nämlich die erdvergrabene Anwendung. Üblicherweise werden in diesem Anwendungsbereich magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte eingesetzt, aufgrund ihrer wartungsarmen und zuverlässigen Bauweise. Die vorliegende Erfindung lässt sich auch auf andere Durchflussmessgeräte mit unterschiedlichen Messprinzipien übertragen, es sind aber derzeit lediglich magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte für dieses Anwendungsgebiet bekannt, da diese Messtechnik sehr robust und ausfallsicher ist.The present invention relates to a particular field of application of flowmeters namely the buried application. Typically, magnetic-inductive flowmeters are used in this field of application, due to their low-maintenance and reliable design. The present invention can also be applied to other flowmeters with different measurement principles, but at present only magnetic-inductive flowmeters are known for this field of application, since this measurement technique is very robust and failsafe.
Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes ist grundsätzlich bekannt. Gemäß dem Faraday‘schen Induktionsgesetz wird in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, eine Spannung induziert. Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. Ein Magnetfeld mit konstanter Stärke wird durch zwei Feldspulen zu beiden Seiten eines Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand des Messrohres zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. Das durch die Feldspulen aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte mit Spulenanordnungen mit mehr als zwei Feldspulen bekannt und anderer geometrischer Anordnung bekannt.The structure and the measuring principle of a magnetic-inductive flowmeter is basically known. According to Faraday's law of induction, a voltage is induced in a conductor moving in a magnetic field. In the magnetic-inductive measuring principle, the fluid medium corresponds to the moving conductor. A magnetic field of constant intensity is generated by two field coils on either side of a measuring tube. Perpendicular to this are located on the tube inner wall of the measuring tube, two measuring electrodes, which tap the voltage generated when flowing through the medium. The induced voltage is proportional to the flow velocity and thus to the volume flow. The magnetic field built up by the field coils is generated by a clocked DC alternating polarity. This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to influences by multiphase substances, inhomogeneities in the liquid or low conductivity. Magnetic-inductive flowmeters having coil arrangements with more than two field coils and other geometrical arrangements are known.
Üblicherweise besteht ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät über ein Messrohr welches in ein bestehendes Rohrsystem integrierbar ist. In der vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um ein Kunststoffmessrohr. Um das Kunststoff-Messrohr sind diametral zueinander zwei oder mehr Magnetsysteme angeordnet, welche ein möglichst homogenes Magnetfeld über den Rohrquerschnitt des Kunststoffmessrohres aufbauen. Umfangsverteilt etwa im Winkel von 90° zum Magnetsystem sind Messelektroden angeordnet, welche eine Spannung in Abhängigkeit von der Durchflussgeschwindigkeit abgreifen.Usually there is a magnetic-inductive flow meter via a measuring tube which can be integrated into an existing pipe system. The present invention is preferably a plastic measuring tube. Two or more magnet systems are arranged around the plastic measuring tube diametrically opposite one another, which build up a magnetic field which is as homogeneous as possible over the tube cross section of the plastic measuring tube. Circumferentially distributed approximately at an angle of 90 ° to the magnet system measuring electrodes are arranged, which tap a voltage as a function of the flow rate.
Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen von Magnetsystemen und Messelektroden möglich. Allerdings wird zum Verständnis der Erfindung auf einzelne konstruktive Varianten von Durchflussmessgeräten – insbesondere von magnetisch-induktiven Durchflussgeräten – verzichtet. Of course, other arrangements of magnetic systems and measuring electrodes are possible. However, to understand the invention to individual constructive variants of flow meters - especially of magnetic-inductive flow devices - omitted.
Wiederum andere Messgeräte nutzen Batterien und sind somit nur auf eine Datenübertragungsleitung angewiesen.In turn, other meters use batteries and thus rely only on a data transmission line.
Diese Messgeräte sind im Unterschied zur Variante der
Üblicherweise wird das Messgerät beim Verlegen der Versorgungsleitungen mit vergraben. Es verbleibt dort über Jahrzehnte und liefert zuverlässige Werte über den Durchfluss des Messmediums.Usually, the meter is buried when laying the supply lines. It remains there for decades and provides reliable values about the flow of the measuring medium.
Beim seltenen Fall eines Ausfalls eines Durchflussmessgerätes oder gegen Ende seines Lebenszyklus oder zum Austausch einer Langzeit-Batterie besteht allerdings zur Wartung und ggf. zum Austausch dieses Messgerätes das Bedürfnis dieses Gerät wiederzufinden. Zwar geben Pläne über die verlegten Versorgungsleitungen einen guten Anhaltspunkt sich das Messgerät in etwa befindet, allerdings sind auch bei Eingrenzung des Suchgebietes noch aufwendige Schachtungsarbeiten notwendig, um das Messgerät ausfindig zu machen.In the rare case of a failure of a flowmeter or towards the end of its life cycle or to replace a long-term battery, however, there is a need to maintain this instrument and to replace this instrument to find this device. Although plans about the laid supply lines give a good indication, the measuring device is roughly in place, however, even when the search area is limited, elaborate nesting work is still necessary in order to locate the measuring device.
Um diese überflüssige Arbeit zu erleichtern, soll das Messgerät auffindbar ausgestaltet werden. Hierzu weist es einen Transponder auf. Anders als in
Geeignete Transponder sind aus anderen Anwendungsbereichen bekannt, beispielsweise bei der Auffindung von Opfern von Schnee- oder Erdlawinen, sogenannten Muren.Suitable transponders are known from other fields of application, for example in the discovery of victims of snow or earth avalanches, so-called muds.
Transponder, welche eine hinlängliche Intensität besitzen, um eine Signalübertragung durch das Erdreich von bis zu 1 m, vorzugsweise von bis zu 3 m Tiefe zu erreichen sind aus der
Der Transponder ist dabei ein inaktives Element, welches erst durch ein Anregungssignal aktiviert wird und/oder ein Antwortsignal ausgibt. Das Anregungssignal kann von einem externen Gerät
Typischerweise wird das Antwortsignal durch den Transponder unter Frequenzverdoppelung des Anregungssignals erzeugt.Typically, the response signal is generated by the transponder with frequency doubling of the excitation signal.
Als Antwortsignal kann entweder ein konkretes Positionssignal ausgegeben werden, welches beispielsweise die Koordinaten des Durchflussmessgerätes in Bezug auf die eigene Position angibt. Hierfür kann ein zusätzliches GPS-Signal, welches vom Handgerät ermittelt und bereitgestellt wird, genutzt werden.As a response signal either a specific position signal can be output, which indicates, for example, the coordinates of the flowmeter in relation to its own position. For this purpose, an additional GPS signal, which is determined and provided by the handset, can be used.
Alternativ oder zusätzlich kann das Antwortsignal auch als Ortungssignal ausgegeben werden. Dieses erlaubt eine Peilung des Durchflussmessgerätes, beispielsweise durch akustische Signale.Alternatively or additionally, the response signal can also be output as a locating signal. This allows a bearing of the flowmeter, for example by acoustic signals.
Nachfolgend soll in
Das Gehäuse
Das in
In den Transmittergehäuseabschnitt
Zwischen dem Transmittergehäuseabschnitt
Es ist ein separates Bauteil und kann daher bei bereits bestehenden Durchflussmessgeräten nachgerüstet werden. Je nach Kundenwunsch kann daher das Durchflussmessgerät mit oder ohne diesem Überführungsstück
Das Überführungsstück
Der Einsatz
Zwischen der Manschette
An dem Flanschabschnitt des Einsatzes
Optional kann unterhalb des Transponders noch ein weiterer flexibler Ring angeordnet sein, welcher den Druck durch die Auflage des Sensorgehäuseabschnitts
Das Vergussmaterial des Transponders kann vorzugsweise aus PE oder Silikon bestehen.The potting material of the transponder may preferably consist of PE or silicone.
Der Transponder weist in der Mitte ein Loch auf, zur Durchführung der Signal und/oder Stromversorgungskabel des Sensors zum Transmitter. Alternativ kann das Loch auch randseitig angeordnet sein.The transponder has a hole in the center for passing the signal and / or power supply cables of the sensor to the transmitter. Alternatively, the hole can also be arranged on the edge.
Zudem weist das Überführungsteil eine Dichtlippe auf, um das Innenleben und insbesondere den Transponder vor Feuchtigkeit zu schützen.In addition, the transfer part has a sealing lip in order to protect the interior and in particular the transponder from moisture.
Üblicherweise verfügt der Transponder über eine Antenne
Der Transponder in
Insgesamt ermöglicht der Transponder ein einfacheres Auffinden des Durchflussmessgerätes und vereinfacht somit den Schachtungsaufwand für ein Serviceteam.Overall, the transponder allows easier locating the flowmeter and thus simplifies the Schachtungsaufwand for a service team.
Weitere mögliche Einsatzmöglichkeiten sind auch bei Durchflussmessgeräten welche bei Untersee-Pipelines eingesetzt werden können. Hierfür kann die Antenne zusätzlich einen Schwimmer aufweisen, welcher der Antenne Auftrieb verleiht. Zudem kann das Gehäuse des Durchflussmessgerätes vollständig mit einer wasserbeständigen – insbesondere salzwasserbeständigen – Polymerbeschichtung ummantelt sein. Other possible applications are also in flow meters which can be used in submarine pipelines. For this purpose, the antenna may additionally have a float, which gives the antenna buoyancy. In addition, the housing of the flowmeter can be completely covered with a water-resistant - especially salt water-resistant - polymer coating.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Durchflussmessgerät Flowmeter
- 22
- Gehäuse casing
- 33
- Messrohr measuring tube
- 44
- Sensorgehäuseabschnitt Sensor housing section
- 55
- Transmittergehäuseabschnitt Transmitter housing section
- 66
- Überführungsstück Transfer piece
- 77
- Datenkabel data cable
- 88th
- Energieversorgungskabel Power cable
- 99
- Manschette cuff
- 1010
- Einsatz commitment
- 1111
- Außengewinde external thread
- 1212
- Dichtring seal
- 1313
- Innengewinde inner thread
- 1414
- Transponder transponder
- 1515
- Antenne (Transponderantenne) Antenna (transponder antenna)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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CN105024494A (en) * | 2015-07-20 | 2015-11-04 | 河南江雁电气有限公司 | External magnetic attack-preventing air, water and heat meter with motor actuator and control valve |
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