principios de funcionamento para sensores de proximidade

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

SENSORES DE PROXIMIDADE INDUTIVOS

CONSTRUÇÃO

A linha de sensores indutivos é constituída de modo geralnos seguintes blocos:

~~~Oscilador Demodulador Trigger Saída

FUNCIONAMENTO

Sensores de proximidade indutivos são elementos ativoscapazes de efetuar um chaveamento elétrico sem que sejapreciso algum corpo metálico toca-lo.

Conforme mostra o diagrama de blocos, um sensor temcomo " coração" um oscilador de rádio freqüência. Esta oscilaçãoé modificada quando se introduz um objeto metálico dentro docampo magnético da bobina, retornando ao normal quando seretira o objeto. As modificações do comportamento do osciladorsão demoduladas e interpretadas pelo trigger de modo a obter -seuma saída de sinais HIGH - LOW, ou seja, uma onda quadrada bemdefinida, capaz de excitar um circuito de potência, tal como umtransistor ou um tiristor, obtendo assim uma chave liga-desliga emestado sólido, com condições de efetuar um chaveamento sobrebobinas de reles, pequenos contatores, ou mesmo circuitoslógicos.

Todo esse conjunto eletrônico é montado em formabastante moderna utilizando técnicas avançadas, o qual éalojado em invólucros de plástico ou metálicos e encapsuladoscom resina de alta densidade, formando um bloco sólido à provad'água, vibrações e intempéries.

VANTAGENS

Os sensores eletrônicos de proximidade são utilizadoslargamente em todos os lugares onde as condições de trabalhosão extremas, tais como: óleos lubrificantes, óleos solúveis, óleosde corte, vibrações, onde são exigidos altos níveis de vedação erobustez.

UTILIZAÇÃO

Existem muitas vantagens na sua utilização, porém asprincipais são:

Funcionam em quaisquer condições de ambiente.Acionamento sem contato físicoChaveamento eletrônico totalmente em estado sólido.Alta durabilidadeManutenção praticamente inexistenteAlta velocidade

EMPREGO

É largamente empregado em: Máquinas operatrizes,Injetoras de plástico, Máquinas para madeira, Máquinas deembalagem, Linhas transportadoras, Industrias automobilística,Indústria de frascos de vidro, indústria de medicamentos e etc; epara a solução de problemas gerais de automatização

SUPERFÍCIE ATIVA

Placa demetal padrão

Superfície ativa1 mm

É a face sensível por onde sai o campo eletromagnético dealta freqüência nos sensores.

Nota: Não são geradas forças magnéticas.

METAL ATIVADOR - ANTEPARO METÁLICO PADRÃO

E constituído de uma plaqueta de aço SAE 1020 de formaquadrada com 1 milímetro de espessura, cujo lado deve ser igualao diâmetro "D" do círculo registrado como superfície ativa.

RESTRIÇÕES PARA EMBUTIR SENSOR COM SUPERFÍCIEATIVA FACEADA EM BLOCO METÁLICO

RESTRIÇÕES PARA EMBUTIR SENSOR COM SUPERFÍCIEATIVA SALIENTE EM BLOCO METÁLICO

A montagem de sensores coma superfície ativa não faceadanão o fe rece p rob lemasmaiores, devendo-se somenterespeitar o espaçamento entresensores para um segurofuncionamento do sistema.

O sensor deve estar livre emtodos os lados da superfícieativa, pelo menos três vezes odiâmetro "D" registrado na faceativa do sensor..

É a distância entre a face ativado sensor e o metal ativador, nomomento em que ocorre ochaveamento elétrico.

>

>

blocometálico

blocometálico

sensor sensor

sensor

sensor

D D

D

D

2 x Sn F

3 x D

F = Zona livrede metal

DISTÂNCIA NOMINAL DE COMUTAÇÃO (Sn)

Distância Sn

Metal ativadorpadrão

DISTÂNCIA REAL DE COMUTAÇÃO (Sr)

É a distância medida com tensão de alimentaçãonominais. A distância real inclui as tolerância de fabricação final de

10% da distância "Sn".Então: 0,9 Sn < Sr < 1,1 Sn

A.09Rua Maratona, 61 Campo Belo SP Fone:(011) 5031-5188 Fax: (011) 5031-5532

Internet: http://www.instrutech.com.br E-mail: [email protected] rev.04



É aquela onde a distância de comutação do sensor seefetua onde se determinou a temperatura e condições detrabalho. Então: 0,9 Sr < S < 1,1 Sn

DISTÂNCIA ÚTIL DE COMUTAÇÃO (S)

DISTÂNCIA DE COMUTAÇÃO DE SERVIÇO (Sa)

Esta medida garante o acionamento seguro do sensorsob as condições estabelecidas de temperatura e tensão. Elapode ser escolhida entre 0 e 81% de SN (= ao S) ou seja: 0< Sa< 0,9 x 0,9 x Sn.

Nota: Se a placa metálica ou o came escolhido ouutilizado for de outro tipo de material, a distância de comutaçãoserá alterada.

OS PRINCIPAIS FATORES DE CORREÇÃO SÃO:

CROMO NÍQUEL...................................0,9 x SnAÇO INOX............................................0,6 x SnBRONZE................................................0,5 x SnALUMÍNIO............................................ .0,4 x SnCOBRE..................................................0,4 x Sn

REPETIBILIDADE

A repetibilidade do ponto de comutação, fornece aprecisão de repetição da distância útil "S" entre duas comutaçõesseguidas em um intervalo de oito horas com temperaturaambiente entre 20 e 30 graus Celsius e uma tensão com variaçãomáxima de + 5% da nominal, podendo apresentar desviosmáximos de 5% de "S".

HYSTERESE DE COMUTAÇÃO

sensor

sensor em teste

Distância decomutação

Hysterese

Ponto de comutaçãoPonto de descomutação

É a diferença entre adistância de comutação e adescomutação, a qual podevariar de um sensor para o outro,devendo estar compreendidaentre 3 e 15% de Sn.

FUNÇÃO NORMALMENTE ABERTA (NA)

FUNÇÃO NORMALMENTE FECHADA (NF)

FUNÇÃO ANTIVALENTE (A)

É a saída de um sensor queencontra-se desligada ou desativadaquando a face ativa do sensor está livre dequalquer metal. A função inverte-sequando o sensor é atuado.

É a saída de um sensor queencontra-se ligada ou ativada quando aface ativa do sensor está livre de qualquermetal. A função inverte-se quando osensor é atuado.

É a saída de um sensor que possuidupla função, estando "a" desligado e "b"ligado, quando a face ativa do sensorestiver livre de qualquer metal. A funçãoinverte-se quando o sensor é atuado.

a

b

TENSÃO RESIDUAL NA CARGA

QUEDA DE TENSÃO

RIPLE RESIDUAL

É o valor de tensão que aparece sobre a carga de umsensor quando a mesma está desenergizada.

É a diferença do valor de tensão de alimentação do sensore a tensão sobre a carga, quando a mesma está energizada.

VDC

Vp

É a tensão alternadasobreposta à tensão contínuaem %. Para o funcionamento deum sensor de corrente contínuaé necessário uma tensãocontínua filtrada, com um ripleresidual de valor máximo de10%, conforme Norma DIN41.755.

É o maior número decomutações possíveis porsegundo. Os dados para umafreqüência de comutação estána relação de intervalos deimpulso de 1:2. O desenhomostra o método de obtençãoda freqüência de comutaçãode acordo coma a norma DIN50.010.

VDC - Tensão contínua eficazVp - tensão de picoPr - % de riple

Pr = VpVdc x 100

V

T

FREQÜÊNCIA DE COMUTAÇÃO

Sn:2

metal padrão SAE 1020

m = dh = d





É um resistor de carga de coletor colocado internamentenos coletores dos transistores de saída nos sensores de correntecontínua. (opcionalmente poderá ser omitido)

É o consumo de corrente que o sensor exige para seufuncionamento, independente da carga ao qual está ligado.

É uma proteção adicionada opcionalmente aos sensores decorrente contínua aplicada ao estágio de saída, que protege ostransistores contra eventuais curtos circuitos ou sobrecorrente. Sópoderá ser adicionado à sensores de tamanho de 12 milímetrosem diante.

Esta proteção faz parte integrante de todos os sensores decorrente contínua, a qual garante que não ocorrerão danos aosensor, em virtude da acidental ou errônea inversão de polaridadedos fios de alimentação.

É uma importante proteção, pois a mesma suprime ospicos de tensão diretos ou reversos causados por cargas indutivas,em sensores de corrente contínua como os de corrente alternada,protegendo o circuito de comutação. Esta proteção também éintegrante em todos os sensores.

RESISTOR DE CARGA

CONSUMO DE CORRENTE DO SENSOR

PROTEÇÃO CONTRA CURTO CIRCUITO

PROTEÇÃO CONTRA INVERSÃO DE POLARIDADE

PROTEÇÃO CONTRA PICOS DE TENSÃO

CURVA DE TEMPERATURA

A curva mostra a defasagemprovocada pela variação detemperatura ambiente nadistância Sr dada mm/ C na faixade -25 à 60 C.

V

-25 -20 0 20 40 60

Curva de comutaçãoCurva de descomutação

É a velocidade de subidae a descida (dv/dt) da tensão desaída em V/ms na atuação edesatuação do sensor, de 10%até 90% do valor de tensão desaída.

ts = tempo de subidatd = tempo de descida

V

T

INCLINAÇÃO DE FLANCO

v

Vn90%

10%ts td





CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA NPN

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA NPN COM SAÍDANORMALMENTE ABERTA

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA NPN COM SAÍDANORMALMENTE FECHADA

T1 - Transistor de saídaRa - Resistor de carga de coletorDz - Diodo zener para supressãode picos de tensão na cargaD - Diodo de proteção contrainversão de de polaridade

SENSORES NPN

São sensores construídos para funcionarem comalimentação em corrente contínua na faixa de 10 à 30 VDC ecomutarem cargas também em corrente contínua, sejam elasindutivas ou resistivas, cujo fio massa ou comum, seja o positivo. Elespodem ter a configuração de saída com: 1 saída normalmenteaberta ou 1 saída normalmente fechada ou 2 saídas antivalentes(NA +NF). Para a facilidade de identificação deste tipo elétrico(NPN), a face ativa ou face sensível é na cor vermelha..

T1 Dz

RaD

Saída

Carga

+

_

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

+

DA

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

+

DF

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA NPN COM DUAS SAÍDASANTIVALENTES SENDO UMA FECHADA E OUTRA ABERTA

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

2

+

D2

BR

SENSORES PNP

São sensores construídos para funcionarem comalimentação em corrente contínua na faixa de 10 à 30 VDC ecomutarem cargas também em corrente contínua, sejam elasindutivas ou resistivas, cujo fio massa ou comum, seja o negativo.Eles podem ter a configuração de saída com: 1 saídanormalmente aberta ou 1 saída normalmente fechada ou 2 saídasantivalentes (NA +NF). Para a facilidade de identificação deste tipoelétrico (PNP), a face ativa ou face sensível é na cor verde.

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA PNP

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PNP COM SAÍDANORMALMENTE ABERTA

T1 - Transistor de saídaRa - Resistor de carga de coletorDz - Diodo zener para supressãode picos de tensão na cargaD - Diodo de proteção contrainversão de de polaridade

T1 Dz

RaD

Saída

Carga

+

_

PNP

AZ

MR

PR

3

1

4

+

PA

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PNP COM SAÍDANORMALMENTE FECHADA

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PNP COM DUAS SAÍDASANTIVALENTES SENDO UMA FECHADA E OUTRA ABERTA

PNP

AZ

MR

PR

3

1

4

+

PF

PNP

AZ

MR

PR

3

1

4

2

+

P2BR





CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PARA SENSORESNAMUR

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PARA CORRENTE ALTERNADACOM COMUTAÇÃO NORMALMENTE ABERTA

(pelo sistema pois fios)

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PARA CORRENTE ALTERNADACOM COMUTAÇÃO NORMALMENTE FECHADA

(pelo sistema dois fios)

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PARA CORRENTE ALTERNADACOM COMUTAÇÃO NORMALMENTE ABERTA

(pelo sistema três fios)

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA PARA CORRENTE ALTERNADACOM COMUTAÇÃO NORMALMENTE FECHADA

(pelo sistema três fios)

TR - TriacRC - Proteção contra picos,formada pela rede RC emparalelo com a comutação.

SENSORES NAMUR - NORMA DIN 19.234(norma que regulamenta este tipo de sensor

especialmente para indústria química)

SENSORES PARA CORRENTE ALTERNADA

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA(Corrente alternada)

Sensores NAMUR ou tipo N são sensores que possuem saídaanalógica, isto é, quando alimentados com uma fontte dealimentação de 8 VDC +5%, variam a sua corrente de consumoem uma faixa aproximada de 1mA quando está atuado e 3 mAquando está desatuado. Este tipo de sensor foi especialmenteprojetado para trabalhar em sistemas intrinsecamente seguros, ouseja, para operarem em ambientes onde são exigidosequipamentos à prova de explosão.

Seu sinal de saída deve seri n t e r p r e t a d o p o r u mamplificador adequado, tiposNAS-W ou NAD-W da INSTRUTECHou semelhantes.

São sensores construídos para funcionarem comalimentação em corrente alternada na faixa de tensão de 40 a 100VAC e 90 a 250 VAC e comutarem em cargas indutivas, tambémem corrente alternada. Para facilidade de identificação, a facesensível do sensor é representada pela cor azul.

TRR

vermelho

preto

~

+

+

_

_

C

WA

NA

AZ

PR

3

4

~

NF

AZ

PR

3

~

4

WF

WA3

NA

AZ

MR

PR

1

3

4

~

WF3

NF

AZ

MR

PR

1

3

4

~

Oscilador Saídaanalógica

=

+

N

AZ

PR 1

2





LIGAÇÃO EM SÉRIE COM SENSORES PNP

LIGAÇÃO EM SÉRIE COM SENSORES DE CORRENTEALTERNADA (sistema dois fios)

LIGAÇÃO EM SÉRIE COM SENSORES DE CORRENTEALTERNADA (sistema três e quatro fios)

LIGAÇÃO EM SÉRIE COM SENSORES DE CORRENTEALTERNADA E UM CONTATO MECÂNICO

LIGAÇÃO EM SÉRIE COM SENSORES NPN

OPÇÕES E SUGESTÕES DE ARRANJOS COM LIGAÇÕESDE VÁRIOS DE SENSORES DE CORRENTE CONTÍNUA

LIGAÇÃO EM SÉRIE DE SENSORES PARACORRENTE ALTERNADA

Podem ser ligados em série vários sensores INSTRUTECH paracorrente contínua, porém existem limitações quanto a estenúmero, pois deve-se levar em consideração uma queda detensão existente e característica deste tipo de sensor, deaproximadamente 1 volt. Portanto se por exemplo tivermos umafonte de alimentação de 24 VDC estabilizada e 15 sensores ligadosem série, na alimentação do 14 sensor teríamos 10 volts e no 15 , 9volts. Com esta tensão o último sensor teria seu funcionamentocomprometido . Outro fator que deve-se levar em consideração éo dimensionamento da carga para cada caso, pois se estivermosutilizando um relê como carga sobre um 14 sensor de uma série, abobina do relê deverá ser para uma tensão próxima aos 10 volts..

No máximo dois sensores com sistema à dois fios, serecomenda no caso de uma ligação em série, pois existe umaqueda de tensão de aproximadamente 8 volts por sensor, o quepode comprometer o funcionamento de 3 ou mais sensores emsérie.

Neste caso não há limite para ligação de sensores com estaconfiguração elétrica, pois a queda de tensão interna édesprezível.

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

+

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

+

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

+

NPN

AZ

MR

PR

3

1

4

+

NF

AZ

PR

3

~

4

NF

AZ

PR

3

4

AZ

MR

PR

3

1

4

2BR

AZ

MR

PR

1

3

4~

PNP

PNP

PNP

PNP

AZ

AZ

AZ

AZ

MR

MR

MR

MR

PR

PR

PR

PR

3

3

3

3

1

1

1

1

4

4

4

4

+

+

+

+

+

+

NF

AZ

PR

3

~4

contator

Neste caso as cargas T1 e T2 somente serão ativadas por S2quando S1 for atuado.

T1 T2

S1

S2

S

S

S

SS

S

S

S

S

Carga





LIGAÇÃO EM PARALELO DE DOIS SENSORES DECORRENTE ALTERNADA SISTEMA DOIS FIOS

LIGAÇÃO EM PARALELO DE DOIS SENSORES DECORRENTE ALTERNADA SISTEMA DOIS FIOS

AZ

PR

3

~

4

AZ

PR

3

4

LIGAÇÃO COM AUTO ALIMENTAÇÃO DO CONTATORCOM DOIS SENSORES

AZ

AZ

PR

PR

3

3

~

4

4

Exemplo de ligação com autoalimentação do contator,através do sensor 1. O sistemaliga através do sensor 2 edes l i ga pe lo sen so r 1 .

NF

NA

1

2

A ligação parralelo de sensores de corrente alternadacom sistema de dois fios, não é aconselhável devido aparticularidade de sua construção. Porém até dois sensores empararlelo, seu funcionamento tem-se mostrado bastanteconfiável. Os circuitos a seguir mostram opções de ligação.

LIGAÇÃO EM PARALELO DE DOIS SENSORES DECORRENTE ALTERNADA SISTEMA TRÊS FIOS

LIGAÇÃO EM PARALELO DE DOIS SENSORES DECORRENTE ALTERNADA SISTEMA QUATRO FIOS

AZ

AZ

MR

MR

PR

PR

3

3

1

1

4

4

2

2

BR

BR

AZ

AZ

MR

MR

PR

PR

1

1

3

3

4

4

~

~

LIGAÇÃO COM AUTO ALIMENTAÇÃO DO CONTATORCOM CONTATO MECÂNICO

AZ

PR

3

~

4

S1Exemplo de ligação com autoalimentação do contator,através do sensor. O sistemaligapor S1 edesligapelo sensor.





LIGAÇÃO EM PARALELO COM SENSORES DE CORRENTECONTÍNUA

LIGAÇÃO EM PARALELO COM SENSORES PNP

LIGAÇÃO EM PARALELO COM SENSORES NPN

A ligação em paralelo de sensores de corrente contínua,praticamente não existem restrições, pode- se ligar tantos sensoresquanto o necessário, apenas deve-se colocar um diodo em sériecom a saída de cada sensor como mostram os esquemas aseguir.

AZ

AZ

AZ

AZ

MR

MR

MR

MR

PR

PR

PR

PR

3

3

3

3

1

1

1

1

4

4

4

4

+

++++++++

+

+

+

AZ

MR

PR

3

1

4

+

AZ

MR

PR

3

1

4

+

AZ

MR

PR

3

1

4

+

AZ

MR

PR

3

1

4

+

++++++++

A.16

PNP

PNP

PNP

PNP

NPN

NPN

NPN

NPN

Rua Maratona, 61 Campo Belo SP Fone:(011) 5031-5188 Fax: (011) 5031-5532Internet: http://www.instrutech.com.br E-mail: [email protected] rev.04



MONTAGEM E INSTALAÇÃO FONTES DE ALIMENTAÇÃO PARA CORRENTE CONTÍNUA

FORÇA DE APERTO NAS PORCAS DOS SENSORES NA MONTAGEMMECÂNICA

MONTAGEM DE MANGUEIRA PROTETORA DO CABO. PG

CONEXÃO ELÉTRICA

TESTES E MEDIÇÕES

O corpo do sensor apesar de metálico, em certos aspectos, éfrágil, tal como no aperto excessivo das porcas de fixação. A tabelaabaixo fornece o torque máximo permitido para cada diâmetrode sensor.

Para casos de extrema umidade, atmosferas ou líquidosextremamente agressivos, recomenda-se a utilização de sensorescom terminal para engate de mangueira, que alem de proteger osensor dos elementos mencionados, protege o cabo contraferramentas que acidentalmente poderiam cortar ou danificar ocabo de ligação.

0 DO SENSOR TORQUE MÁXIMOPorca plástica Porca de latão

M8 x1 8 Nm 15 NmM12 x 1 30 Nm 40 NmM16 x 1 40 Nm 50 NmM18 x 1 50 Nm 70 NmM22 x 1,5 60 Nm 80 NmM30 x 1,5 100 Nm 200 NmM36 x 1,5 100 Nm 200 NmM50 x 1,5 100 Nm 200 Nm

Deve-se ter o máximo cuidado no momento da conexão elétrica,para que não haja maus contatos ou perigos de curto circuitos, oque comprometam o bom funcionamento dos sensores oumesmo a sua total danificação

Jamais utilize lâmpadas para testar sensores de correntealternada. Use um contator em uma bancada de testes comligação adequada. Mesmo para os sensores de corrente contínua,não improvise testes. Utilize somente instrumentos adequados paracada caso, Existindo dúvidas contate o departamento técnico daSensores Eletrônicos Instrutech.

A utilização de uma boa fonte de alimentação é fundamentalpara o funcionamento satisfatório dos sensores de correntecontínua. Uma fonte estabilizadora fornece condições excelentespara um bom desempenho, porém fontes como as dos esquemasque seguem são suficientes para fornecer uma tendão contínua,com ripple máximo de 10%.

Até 500 mA: sugerimos esta simples fonte, porém eficiente. Emvazio obtemos na saída, 28.2 VDC e com 500mA de carga teremos19 VDC.

Acima de 500 mA: recomendamos a utilização de uma fontetrifásica, a qual possui uma variação menor do que 5% da tensãonominal até no limite de capacidade do transformador, devido aausência do capacitor eletrolítico de filtro, mantendo os níveis deripple, abaixo de 5%.

500 F

+

+

_

_

24V

24V

24V





SENSORES INDUTIVOS COM FACE SENSÍVEL FACEADA ESALIENTE

DADOS FÍSICOS E ELÉTRICOS PARA OS SENSORES DECORRENTE CONTÍNUA PNP E NPN

DADOS FÍSICOS E ELÉTRICOS PARA OS SENSORES DECORRENTE ALTERNADA

FACE SENSÍVEL FACEADA

FACE SENSÍVEL SALIENTE

São os sensores que possuem a bobina praticamente blindadalateralmente pelo corpo do sensor e assim sendo não podruzcampo magnético lateral, podendo o mesmo ser embutido emblocos metálicos sem quaisquer problemas.

É um artifício para que um sensor tenha sua distância decomutação (SN) ampliada, ou seja acima dos padrões adotadospara aquele tamanho de sensor. Neste caso a bobina do sensornão está blindada e o campo magnético por ela produzido édispersado lateralmente, portanto sendo impróprio para serembutido em blocos metálicos, sem que se observe a zona livrede 3 vezes o diâmetro do sensor na região da face sensível.

Faixa de tensão de alimentação........................10 à 30 VDCTolerância da distância de comutação .............. 10%Ripple máxima da fonte......................................10%Consumo do sensor.............................................15 mA em 24 VDCResíduo de tensão na carga com sensordesatuado e carga de 10 k .................................0,8 VQueda de tensão na carga.................................1,8 VHysterese.............................................................3% à 15% de SnTempo de subidade do flanco de sinal................1 V / sCorrente máxima de comutação........................200 mAFaixa de temperatura de trabalho........................-10 C + 70 CClasse de proteção.............................................IP 67Comprimento padrão do cabo...........................2 metros

m

Faixa de tensão de alimentação .......................40 à250 VAC........................90 à 250 VAC

Frequencia da rede...........................................50 - 60 HzTolerância da distância de comutação...............+ 10%Corrente mínima de comutação........................20 mACorrente máxima de comutação.......................200 mA - 120 mACorrente máxima de surto...................................± = 20 ms/1 Hz 2AHysterese.............................................................3% à 15% de SnFaixa de temperatura de trabalho.......................-10 C + 70 CClasse de proteção IP 67Comprimento padrão do cabo 2 metros

+_



principios de funcionamento para sensores de proximidade

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