KR20140120034A - 결합부분의 부식을 방지한 압력 센서 모듈 - Google Patents

결합부분의 부식을 방지한 압력 센서 모듈 Download PDF

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KR20140120034A
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Abstract

본 발명의 일 양상에 따른 압력 센서 모듈은, 상단부에 유체의 압력에 의해서 변형되는 다이아프램(21)이 형성되고, 그 내부에 하단부로부터 상기 다이아프램까지 연장하는 챔버(22)가 형성되며, 하단부의 외주면에는 제 1 나사부(23)가 형성된 메탈 다이아프램 구조체(20);하단부의 내주면에 상기 제 1 나사부(23)와 치합하는 제 2 나사부(13)를 구비하여 적어도 상기 메탈 다이아프램 구조체를 내부에 수용한 상태에서 상기 제 1 나사부(23) 및 상기 제 2 나사부(13)를 이용하여 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)와 결합하는 바디(10);를 포함하며,
상기 메탈 다이아프램 구조체(20)가 상기 바디(10)의 상단부로부터 삽입되어 조립될 수 있도록, 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)의 최대 외경은 상기 바디(10)에서 상단부의 내경보다 작으며, 상기 바디(10)의 하단부의 외주면에는 제 3 나사부(14)가 형성되어, 압력 센서 모듈이 설치되는 곳에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 바디(10)를 대상물에 나사 결합하기 위하여 바디(10)에 힘을 가해도 가해진 힘이 다이아프램(21)에 스트레스를 가하는 영향은 훨씬 저감되는 효과가 있으며, 바디(10)와 메탈 다이아프램 구조체(20) 사이의 계면에서 발생되는 부식 등의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

결합부분의 부식을 방지한 압력 센서 모듈{PRESSURE SENSOR MODULE PREVENTING CORROSION OF COUPLED PORTION}
본 발명은 압력 센서 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 나사 결합 방식으로 결합되고 결합부분의 부식을 방지하는 기능을 가진 압력 센서 모듈에 관한 것이다.
압력 센서 모듈은, 액체 또는 기체와 같은 유체의 압력을 검출하고, 계측이나 제어에 사용하기 쉬운 전기신호로 변환하여 전송하는 장치 및 소자이다. 압력센서 모듈은 유량, 액면 및 온도센서와 함께 프로세스 오토메이션을 지탱하는 4대 센서의 하나로서, 압력범위는 인공 다이아몬드 합성에 이용되는 105기압 단위부터 질량분석계나 전자현미경에 이용되는 10-10Torr까지 넓은 범위에서 쓰이고 있다. 측정의 원리는 변위나 변형을 비롯하여 분자밀도의 열전도율을 이용하는 것 등 매우 많은 종류가 쓰이고 있으나, 최근에는 실리콘을 재료로 한 변형게이지형의 압력 센서 모듈이 개발되어 정밀한 압력계측에 사용되고 있다. 또 집적회로를 동일한 기판 위에 만들어 넣어 신호처리까지 하는 집적화된 압력 센서 모듈도 개발되어 있다.
도 1은 종래 대표적인 압력 센서 모듈의 예를 도시한 단면도이다.
종래의 압력 센서 모듈은 다이아프램 구조체(1) 및 케이스(2)를 포함하여 구성되며, 다이아프램 구조체(1)의 일측 단부에는 유체의 압력에 의해 미세하게 변형되는 다이아프램(7)을 구비한다. 다이아프램(7)의 위에 압력센서(6)가 부착되며, 압력센서(6)는 다이아프램(7)의 미세한 변형을 센싱하는 반도체형 스트레인 게이지가 대표적이다.
그리고 다이아프램 구조체(1)는 압력을 측정할 대상인 유체의 유압을 전달받기 위하여, 유체를 가이드 또는 수용하는 대상물에 직접 결합하거나 또는 관로를 통하여 간접적으로 결합하되, 다이아프램 구조체(1)의 일 단에 형성된 관상의 결합부(8)와 오링(4)을 개재하여 겹합한다.
가정하여 결합부(8)에 나사부를 형성하고 유체를 가이드 또는 수용하는 대상물 또는 관로와 나사 결합하는 방식을 생각할 수도 있으나, 나사 결합하는 과정에서 다이아프램 구조체(1) 자체에 대하여 힘이 가해지는 경우, 다이아프램(7)이 변형되거나 다이아프램(7)에 원하지 않는 스트레스가 가해져서 압력 센서 모듈의 신뢰성 및 정밀도의 저하를 가져올 수 있다.
이에 따라 도 1에 도시된 종래의 압력 센서 모듈에서는 관상의 결합부(8)에 설치된 오링(4)을 이용하여 기밀을 유지하면서 대상물 또는 관로와 결합하고 있으며, 결합된 압력 센서 모듈이 후퇴하여 빠지는 문제를 방지하기 위하여, 도시된 바와 같은 조인트(3)를 더 구비토록 하고, 조인트(3)의 나사부(5)와 대상물 또는 관로의 나사부(미도시)가 나사 결합함으로써, 압력 센서 모듈의 밀착을 유지하도록 한다.
그런데, 이와 같이 오링을 이용하는 오링 방식의 결합 구조에 따르면, 대상물 또는 관로에는 반드시 다이아프램 구조체(1)의 결합부(8)에 대응하는 부분과 함께, 별도의 나사부까지 구비되어야만 한다. 그러나 대상물에 따라서는 이와 같은 구조를 갖추기가 무척 어려운 경우가 있으므로, 이러한 경우에는 종래의 압력 센서 모듈을 설치하는 것이 무척 까다로운 문제점이 있다.
또한, 이러한 구조를 갖출 수 있다고 하여도 조인트(3)의 내경과 정확히 교합하는 외경과, 압력 센서 모듈에 있는 결합부(8)의 외경과 정확히 교합하는 내경을 가지도록 해야 하므로, 이중의 정밀도 관리가 필요한 문제점이 있다.
상기한 종래 기술의 문제점 및 과제에 대한 인식은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이 아니므로 이러한 인식을 기반으로 선행기술들과 대비한 본 발명의 진보성을 판단하여서는 아니됨을 밝혀둔다.
본 발명의 목적은 압력 센서 모듈을 오링 결합 방식이 아닌 나사 결합 방식으로 하여도, 압력 센서 모듈의 신뢰성 및 정밀도의 저하 문제가 없는 압력 센서 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 압력 센서 모듈은, 상단부에 유체의 압력에 의해서 변형되는 다이아프램(21)이 형성되고, 그 내부에 하단부로부터 상기 다이아프램까지 연장하는 챔버(22)가 형성되며, 하단부의 외주면에는 제 1 나사부(23)가 형성된 메탈 다이아프램 구조체(20);하단부의 내주면에 상기 제 1 나사부(23)와 치합하는 제 2 나사부(13)를 구비하여 적어도 상기 메탈 다이아프램 구조체를 내부에 수용한 상태에서 상기 제 1 나사부(23) 및 상기 제 2 나사부(13)를 이용하여 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)와 결합하는 바디(10);를 포함하며,
상기 메탈 다이아프램 구조체(20)가 상기 바디(10)의 상단부로부터 삽입되어 조립될 수 있도록, 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)의 최대 외경은 상기 바디(10)에서 상단부의 내경보다 작으며, 상기 바디(10)의 하단부의 외주면에는 제 3 나사부(14)가 형성되어, 압력 센서 모듈이 설치되는 곳에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면 다이아프램 구조체(20)는 바디(10)와 결합하고, 상기 바디(10)가 대상물 등과 나사 결합하는 방식이므로, 바디(10)를 대상물에 나사 결합하기 위하여 바디(10)에 힘을 가해도 가해진 힘이 다이아프램(21)에 스트레스를 가하는 영향은 훨씬 저감되는 효과가 있다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 압력 센서 모듈을 오링 결합 방식이 아닌 나사 결합 방식으로 설치할 때, 메탈 다이아프램 구조체를 직접 대상물과 나사 결합시키는 것이 아니라 바디(10)를 통해 대상물에 나사 결합하는 것이므로, 압력 센서 모듈의 신뢰성 및 정밀도의 저하 문제가 없거나 저감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 나사 결합 방식으로 압력 센서 모듈(100)을 대상물에 결합할 수 있으면서도, 바디(10)와 메탈 다이아프램 구조체(20) 사이의 계면에서 발생되는 부식 등의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 오링 결합 방식에 따라 발생될 수 있는 문제점, 즉, 대상물 등에 반드시 다이아프램 구조체의 결합부에 대응하는 부분과 함께, 조인트를 위한 별도의 나사부까지 구비되어야하는 문제가 없으므로, 대상물에 보다 용이하게 압력 센서 모듈을 설치할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 대표적인 압력 센서 모듈의 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 모듈(100)의 분해 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 모듈(100)에서 바디(10), 메탈 다이아프램 구조체(20) 및 연결 부재(40)를 결합한 상태의 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 모듈(100)의 분해 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 모듈(100)에서 바디(10), 메탈 다이아프램 구조체(20) 및 연결 부재(40)를 결합한 상태의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 모듈(100)은, 바디(10), 메탈 다이아프램 구조체(20), 케이스(30), 연결부재(40), 압력 센서(51) 및 오링(52) 등을 포함하여 구성된다.
메탈 다이아프램 구조체(20)는 상단부에 유체의 압력에 의해서 변형되는 다이아프램(21)이 형성되고, 그 내부에 하단부로부터 상기 다이아프램(21)까지 연장하는 챔버(22)가 형성되며, 하단부의 외주면에는 제 1 나사부(23)가 형성된다.
메탈 다이아프램 구조체(20)의 다이아프램(21)에서 챔버(22)의 반대쪽 표면에는 압력 센서(51)가 부착 형성되며, 압력 센서(51)는 대표적으로 스트레인 게이지일 수 있다. 도시하지는 않았으나, 압력센서를 보호하기 위하여 실리콘 겔이 압력 센서를 덮도록 형성될 수 있다. 그리고, 메탈 다이아프램 구조체(20)의 상단부에서 압력 센서(51)의 주변에는 얇은 제 1 PCB(53)가 형성되며, 압력 센서(51)의 패드와 제 1 PCB(53)의 패드는 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결된다.
메탈 다이아프램 구조체(20)의 중간 부분에는 외측으로 돌출하는 플랜지부(25)가 형성되며, 상기 플랜지부(25)는, 바디(10)의 내측에 형성되는 걸림턱(17)에 걸려서 안착된다. 그리고, 메탈 다이아프램 구조체(20)의 하단부에는 메탈 다이아프램 구조체(20)와 바디(10) 사이의 조립에 이용되기 위하여, 렌치용 홈(24)이 형성되어 있다.
바디(10)는, 그 하단부의 내주면에 메탈 다이아프램 구조체(20)의 제 1 나사부(23)와 치합하는 제 2 나사부(13)를 구비하여 적어도 메탈 다이아프램 구조체(20)를 내부에 수용한 상태에서 상기 제 1 나사부(23) 및 상기 제 2 나사부(13)를 이용하여 메탈 다이아프램 구조체(20)와 결합한다.
바디(10)의 하단부의 외주면에는 제 3 나사부(14)가 형성되어, 압력 센서 모듈(100)이 설치되는 곳에 직접 나사 결합된다. 즉, 압력을 측정할 유체를 수용하거나 가이드하는 대상물이나 유체의 전달을 위한 관로에 대하여 직접 상기 제 3 나사부(14)를 이용하여 압력 센서 모듈(100)이 결합된다.
도 1에 도시된 종래의 압력 센서 모듈(100)에 따르면, 메탈 다이아프램 구조체를 직접 대상물 또는 관로에 나사 결합하면, 나사 결합을 위해 다이아프램 구조체(1)에 가해지는 힘에 의해서 센서의 정밀도 및 신뢰성에 영향을 미치게 되어 오링 방식의 결합을 하였지만, 본 발명에 따르면 다이아프램 구조체(20)는 바디(10)와 결합하고, 상기 바디(10)가 대상물 등과 나사 결합하는 방식이므로, 바디(10)를 대상물에 나사 결합하기 위하여 바디(10)에 힘을 가해도 가해진 힘이 다이아프램(21)에 스트레스를 가하는 영향은 훨씬 저감되는 효과가 있다.
그리고, 바디(10)의 내측에는 메탈 다이아프램 구조체(20)의 플랜지부(24)가 걸려서 안착되는 걸림턱(17)이 형성되며, 플랜지부(24)와 걸림턱(17) 사이에는 오링(52)이 재치되어 유체가 메탈 다이아프램 구조체(20)와 바디(10) 사이의 틈을 타고 압력 센서(51), 본딩 와이어 및 연결부재(40) 쪽으로 스며드는 것을 막는다.
그러나, 오링(52)의 위치상, 유체가 제 1 나사부(23) 및 제 2 나사부(13)의 계면에 침투하는 것은 막을 수 없고, 압력을 측정할 유체가 부식성의 해수 또는 화학물질을 포함하는 경우에는 제 1 나사부(23) 및 제 2 나사부(13)의 계면이 부식되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 나사 결합후 계면의 입구 부분을 용접하는 방법이 있으나, 정밀한 용접을 위한 추가 비용의 문제가 있고 또한 용접 부분 자체가 부식되는 문제점이 있다.
이에 따라 본 발명의 일 양상에 따르면, 메탈 다이아프램 구조체(20)와 바디(10) 사이의 결합부분이 유체에 의해 부식되는 것을 방지하기 위하여, 결합부분을 해수용 에폭시(60)에 의해 코팅하는 것을 특징으로 한다.
해수용 에폭시(60)가 안착될 공간을 충분히 확보하기 위하여, 메탈 다이아프램 구조체(20) 및 바디(10) 사이의 결합부분에는 양자간의 단차를 이용하는 등의 방법으로 홈이 형성된다. 따라서 본 발명의 일 양상에 따르면, 나사 결합 방식으로 압력 센서 모듈(100)을 대상물에 결합할 수 있으면서도, 바디(10)와 메탈 다이아프램 구조체(20) 사이의 계면에서 발생되는 부식 등의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
바디(10)의 상단부에는 나사공(15)이 형성되어 제 2 PCB(43)를 바디(10)에 결합시킬 때 볼트(미도시)를 이용하도록 할 수 있다.
그리고, 바디(10)에서 상단부의 외주면에는 제 4 나사부(16)를 형성하여, 케이스(30)가 바디(10)에 나사 결합될 수 있도록 한다.
연결 부재(40)는 제 2 PCB(42), 연결핀(44) 및 제 3 PCB(43)을 포함하여 구성될 수 있다. 제 2 PCB(42)는 바디(10)의 상단부에 재치되고, 와이어 본딩을 통하여 제 1 PCB(53)와 전기적으로 연결된다. 그리고 제 2 PCB(42)와 제 3 PCB(43)는 연결핀(44)을 이용하여 전기적으로 연결되며, 제 3 PCB(43)에는 신호 처리 등을 위한 소자와 외부와의 연결을 위한 도선(미도시)을 위한 패드가 형성될 수 있다.
케이스(30)는, 메탈 다이아프램 구조체(20)의 다이아프램(21)에 결합하는 압력 센서(51), 본딩을 위한 와이어 및 연결 부재(40) 등을 외부로부터 보호하며, 케이스(30)의 하단부 내주면에는 바디(10)와 나사 결합을 위한 제 5 나사부(31)가 형성된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 모듈(100)을 조립하는 과정에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다.
바디(10), 메탈 다이아프램 구조체(20), 연결부재(40) 및 케이스(30)가 준비되며, 이 때 메탈 다이아프램 구조체(20)에서 다이아프램(21)에는 압력 센서(51) 및 제 1 PCB(53)가 이미 부착되어 있을 수 있다.
먼저, 준비된 메탈 다이아프램 구조체(20)는 바디(10)의 상단부로부터 삽입되되, 제 1 나사부(23) 및 제 2 나사부(13)가 나사 결합하며, 상기한 렌치용 홈(24)과 다이아프램 구조체(20)의 외주면에서 형성되는 육각 기둥면(미도시)를 이용하여 메탈 다이아프램 구조체(20) 또는 바디(10) 중의 한쪽을 고정한 상태에서 다른 쪽을 돌려서 결합시킨다. 그리고 이 때 메탈 다이아프램 구조체(20)의 플랜지부(24)와 바디(10)의 걸림턱(17) 사이에 재치되는 오링(52)이 압박되도록 압박 결합시킨다.
도시된 바와 같이 메탈 다이아프램 구조체(20)의 최대 외경(A)은 바디(10)에 있어서 상단부의 내경(B)보다 작아서, 메탈 다이아프램 구조체(20)가 바디(10)의 상단부로부터 삽입될 때 원활히 삽입될 수 있도록 한다.
그리고, 메탈 다이아프램 구조체(20)와 바디(10)가 결합된 상태에서, 제 1 나사부(23) 및 제 2 나사부(13)가 결합하는 결합부의 초입에 형성된 홈을 따라 해수용 에폭시(60)를 도포하여 경화시키며, 이러한 해수용 에폭시(60)의 도포 및 경화 과정은 후술할 케이스(30)의 조립 과정까지 마친 후에 실시될 수도 있을 것이다.
그리고 제 2 PCB(42)를 바디(10)의 상단부에 재치하되, 나사공(15) 및 볼트(미도시)를 사용하여 결합할 수도 있다. 그리고, 압력 센서(51) 및 제 1 PCB(53) 사이를 와이어 본딩하고, 제 1 PCB(53) 및 제 2 PCB(42) 사이를 와이어 본딩한다.
그리고, 제 2 PCB(42)의 상부에 연결핀(44) 및 제 3 PCB(43)를 탑재하며, 제 3 PCB(43)의 패드에 외부로의 전기적 연결을 위한 도선(미도시)을 납땝할 수 있으며, 도선을 케이스(30)의 관통홀을 통해 인출한 상태에서 케이스(30)의 제 5 나사부(31)가 바디(10)의 제 4 나사부(16)에 나사 결합하도록 하여 양자를 결합할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 압력 센서 모듈을 오링 결합 방식이 아닌 나사 결합 방식으로 설치할 때, 메탈 다이아프램 구조체를 직접 대상물과 나사 결합시키는 것이 아니라 바디를 통해 대상물에 나사 결합하는 것이므로, 압력 센서 모듈의 신뢰성 및 정밀도의 저하 문제가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 오링 결합 방식에 따라 발생될 수 있는 문제점, 즉, 대상물 등에 반드시 다이아프램 구조체의 결합부에 대응하는 부분과 함께, 조인트를 위한 별도의 나사부까지 구비되어야하는 문제가 없으므로, 대상물에 보다 용이하게 압력 센서 모듈을 설치할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따르면, 나사 결합 방식의 압력 센서 모듈을 제공함에 있어서도 발생할 수 있는 부식의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
10 : 바디 13 : 제 2 나사부
14 : 제 3 나사부 16 : 제 4 나사부
17 : 걸림턱 20 : 메탈 다이아프램 구조체
21 : 다이아프램 22 : 챔버
24 : 렌치용 홈 25 : 플랜지부
30 : 케이스 31 : 제 5 나사부
42 : 제 2 PCB 43 : 제 3 PCB
44 : 연결핀 51 : 압력 센서
52 : 오링 53 : 제 1 PCB

Claims (6)

  1. 상단부에 유체의 압력에 의해서 변형되는 다이아프램(21)이 형성되고, 그 내부에 하단부로부터 상기 다이아프램까지 연장하는 챔버(22)가 형성되며, 하단부의 외주면에는 제 1 나사부(23)가 형성된 메탈 다이아프램 구조체(20);
    하단부의 내주면에 상기 제 1 나사부(23)와 치합하는 제 2 나사부(13)를 구비하여 적어도 상기 메탈 다이아프램 구조체를 내부에 수용한 상태에서 상기 제 1 나사부(23) 및 상기 제 2 나사부(13)를 이용하여 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)와 결합하는 바디(10);를 포함하며,
    상기 메탈 다이아프램 구조체(20)가 상기 바디(10)의 상단부로부터 삽입되어 조립될 수 있도록, 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)의 최대 외경은 상기 바디(10)에서 상단부의 내경보다 작으며,
    상기 바디(10)의 하단부의 외주면에는 제 3 나사부(14)가 형성되어, 압력 센서 모듈이 설치되는 곳에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈 다이아프램 구조체와 상기 바디(10) 사이의 결합부분이 유체에 의해 부식되는 것을 방지하기 위하여, 상기 결합부분은 해수용 에폭시(60)에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조립에 이용되기 위하여, 상기 메탈 다이아프램 구조체의 하단부에는 렌치용 홈(24)이 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈 다이아프램 구조체에는 외측으로 돌출하는 플랜지부(25)가 형성되며,
    상기 바디(10)의 내측에는 상기 플랜지부(24)가 걸려서 안착되도록 하는 걸림턱(17)이 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 플랜지부(24)와 상기 걸림턱(17) 사이에는 오링(52)이 재치되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    적어도 상기 메탈 다이아프램 구조체(20)의 상기 다이아프램(21)에 결합하는 압력 센서를 보호하기 위한 케이스(30)가 상기 바디(10)와 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102261637B1 (ko) * 2020-01-14 2021-06-07 주식회사 현대케피코 압력센서 체결구조

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