Elektronische Meßtechnik: Einführung in das analoge und digitale Messen elektrischer und nichtelektrischer Größen
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Stuttgart [u.a.]
Verl. Berliner Union [u.a.]
1976
|
| Edition: | 1. Aufl. |
| Series: | Lehrbuchreihe Elektronik
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 320 S. zahlr. graph. Darst. |
| ISBN: | 3408535205 |
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ELEKTRONISCHE
MESSTECHNIK
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E UND DIGITALE MESSEN
ELEKTRISCHER UND NIEHTELEKTRISCHER GROESSE
N
VERLAG BERLINER UNIO
N GMBH
, STUTTGAR
T
VERLAG W. KOHLHAMME
R GMB
H
STUTTGAR
T BERLIN KOELN MAINZ
INHALTSVERZEICHNIS
1. DEFINITION UND ZIELSETZUNG 15
1.1. DEFINITION UND BEDEUTUNG DER ELEKTRONISCHEN MESSTECHNIK 15
1.2. ZIELSETZUNG 15
2. MASSSYSTEME
2.1. GROESS
E UND EINHEIT
2.2. DAS MKSA-SYSTEM
3. GRUNDBEGRIFFE 20
3.1. GRUNDBEGRIFFE FUER DIE ANWENDUNG VON MESSGERAETEN 20
3.2. GRUNDBEGRIFFE FUER DIE FEHLER BEIM MESSEN 21
3.3. GARANTIEFEHLERGRENZEN UND KLASSENEINTEILUNG 22
4. DIE BEHANDLUNG VON MESSFEHLERN 23
4.1. FEHLERFORTPFIANZUNG BEI SYSTEMATISCHEN FEHLERN 23
4.1.1. FEHLERFORTPFIANZUNG BEI MULTIPLIKATION UND DIVISION 23
4.1.2. FEHLERFORTPFIANZUNG BEI POTENZEN 25
4.1.3. FEHLERFORTPFIANZUNG BEI ADDITION UND SUBTRAKTIO
N 25
4.1.4. FEHLERFORTPFIANZUNG BEI GEMISCHTER ZUSAMMENSETZUNG 26
4.2. BEHANDLUNG ZUFAELLIGER FEHLER 26
4.2.1. MITTELWERTBILDUNG 26
4.2.2. STANDARDABWEICHUNG 27
4.2.3. NORMALVERTEILUNG UND STATISTISCHE SICHERHEIT 27
4.2.4. VERTRAUCNSGRENZEN UND VERTRAUENSBEREICH 28
4.2.5. FEHLERFORTPFIANZUNG BEI ZUFAELLIGEN FEHLERN 28
5. STATIK DER PROPORTIONALEN UEBERTRAGUNG 29
5.1. STATISCHE UEBCRTRAGUNGSGLEICHUNG 29
5.2. FEHLCRDISKUSSION MIT DER P-KONSTANTEN 29
5.3. PRAEGUNG DER P-KONSTANTEN DURCH GEGENKOPPLUNG 33
5.3.1. PRINZIP DER GEGENKOPPLUNG 33
5.3.2. MESSTECHNISCHE BEISPIELE 34
5.3.3. ZUR DYNAMIK GCGENGEKOPPELTER SYSTEME 35
6. DYNAMIK DER PROPORTIONALEN UEBERTRAGUNG 36
6.1. KENNFUNKTIONEN 36
6.1.1. DIFFERENTIALGLEICHUNG UND UEBERGANGSFUNKTION 37
6.1.2. FREQUENZGANG 37
6.1.3. UEBERTRAGUNGSFUNKTION 38
6.2. DAS P-GLICD MIT VERZOEGERUNG ERSTER ORDNUN
G 39
6.2.1. KENNFUNKTIONEN 39
6.2.2. MESSTECHNISCHE BEISPIELE 41
7
6.3. DAS P-GLIED MIT VERZOEGERUNG ZWEITER ORDNUN
G 43
6.3.1. KENNFUNKTIONEN 43
6.3.2. MESSTECHNISCHE BEISPIELE 46
6.4. DYNAMIK VON KETTCNSCHALTUNGEN 44
6.4.1. P-KETTC MIT VERZOEGERUNG ZWEITER ORDNUNG 50
6.4.2. P-KETTE MIT VERZOEGERUNG DRITTER ORDNUNG 53
6.4.3. P-KETTE MIT VERZOEGERUNG VIERTER ORDNUNG 54
6.5. DYNAMISCHE KENNGROESSEN 54
6.5.1. GRENZFREQUENZ UND BANDBREITE 54
6.5.2. EINSEHWINGZCIT UND ANSTIEGSZEIT 55
7. ANALOGE UND DIGITALE VERFAHREN 57
7.1. ANALOGE VERFAHREN 57
7.1.1. AMPLITUD
E ALS SIGNALGROESSE 57
7.1.2. FREQUENZ ALS SIGNALGROESSE 59
7.1.3. PHASE ALS SIGNALGROESSE 60
7.2. DIGITALE VERFAHREN 60
7.2.1. IMPULSZAHL ALS SIGNALGROESSE 61
7.2.2. BIT-KOMBINATION ALS SIGNALGROESSE 62
X. GERADEAUS- UND NULLVERT AHREN 63
8.1. ANALOGE UND DIGITALE GERADEAUSVERFAHREN 63
8.2. ANALOGE UND DIGITALE KOMPENSATIONSVERFAHREN 64
8.3. AUTOMATISCHE ABGLEICHENDE BRUECKEN 65
9. AUSGEWAEHLTE ELEKTRONISCHE GRUNDSCHALLUNGCN 66
9.1. DIODENSCHALTUNGEN 66
9.1.1. VERFAHREN DER WIDERSTANDSGERADEN 66
9.1.2. DIODCN-ERSATZBILD 67
9.1.3. DIODEN ALS GLEICHRICHTER 68
9.1.4. BEGRENZER MIT DIODEN 69
9.1.5. DIODE ALS BINAERES SCHALTGLICD 70
9.1.6. DIODE ALS KLEINSIGNALSCHALTCR 71
9.1.7. Z-DIODEN ALS BEZUGSSPANNUNGSQUELLE 72
9.2. BIPOLARE TRANSISTOREN ALS SCHALTER 76
9.2.1. TRANSISTORPRINZIP 76
9.2.2. ELEKTRISCHE SCHALTZUSTAENDE 76
9.2.3. ANSTEUERUNG 79
9.2.4. VOM BASISSTROM BEDINGTE RESTSPANNIMG 80
9.3. PN-FELDEFFEKLTRANSISTOREN ALS SCHALTER 81
9.3.1. PRINZI
P 81
9.3.2. ELEKTRISCHE SCHALTZUSTAENDC UND ANSTEUERUNG 81
9.3.3. SCHALTER FUER KLEINE SIGNALE 82
9.4. MOS-LELDELLEKTTRANSISTORE
N ALS SCHALTER 84
9.4.1. PRINZIP 84
9.4.2. ELEKTRISCHE SCHALTZUSTAENDC UND ANSTEUERUNG 85
9.4.3. SCHALTER FUER KLEINE SIGNALE 85
9.4.4. SELBSTLEITENDE MOS-FE
T 86
N
9.5. TRIGGERSCHALTUNGEN MIT TRANSISTOREN 87
9.5.1. FLIPFLOP 88
9.5.2. SCHMITT-TRIGGER 88
9.6. GRUNDSCHALTUNGCN MIT OPERATIONSVERSTAERKERN 88
9.6.1. KONSTANTSPANNUNGSQUELLE 89
9.6.2. KONSTANTSTROMQUCLLC 89
9.6.3. LINEARISIERTER GLEICHRICHTER 89
9.6.4. UMKEHRVERSTAERKER 90
9.6.5. SPANNUNGSKOMPARALO
R 90
9.6.6. SCHALTVERSTAERKER 91
9.6.7. SCHMITT-TRIGGER 91
LUE. GRUNDSCHALTUNGEN DER OPTOELEKTRONIK 92
10.1. STRAHLUNGSEMPFAENGER 93
10.1.1. FOTODIODEN 93
10.1.2. FOTOELEMENTE 93
10.1.3. FOTOTRANSISTOREN 94
10.1.4. FOTOWIDERSTAENDE 95
10.1.5. FOTOMULTIPLICR 96
10.1.6. SPEKTRALE EMPFINDLICHKEITSVERTEILUNGEN 96
10.2. STRAHLUNGSQUELLCN 97
10.2.1. WOLF RAML ADENLAMPE 97
10.2.2. LUMINESZENZDIODEN 97
10.2.3. MEL.IOBJEKT ALS STRAHLUNGSQUELLE 99
10.3. KOMBINATION VON STRAHLER UND EMPFAENGER 99
10.3.1. SPEKTRALE ANPASSUNG 99
10.3.2. KOPPCLCLCMCNTC 99
10.3.3. KOPPCLELCMCNT MIT SCHMITT-TRIGGER 99
11. ANALOGE RECHENOPERATIONEN FUER MESSZWECKE 100
11.1. ADDIEREN UND SUBTRAHIEREN 100
11.1.1. REIHENSCHALTUNG 100
11.1.2. PARALLELSCHALTUNG 101
11.1.3. SUMMATIONSVERSTAERKER 102
11.1.4. DIFFERENZVERSTAERKER 102
11.2. MULTIPLIZIEREN 103
11.2.1. LLALLMULLIPLIZIERER 103
11.2.2. SERVOMULLIPLIZIERER 104
11.2.3. PARABELMULTIPLIZIERER 105
11.3. DIVIDIEREN 106
11.3.1. KREUZSPULGERAET 106
11.3.2. SCRVODIVIDICRCR 107
11.3.3. OPERATIONSVERSTAERKER MIT GEGENKOPPELWIDERSTAENDEN 108
11.3.4. OPERATIONSVERSTAERKER MIT MULTIPLIZIERER 109
11.4. QUADRIEREN 109
11.4.1. QUADRIEREN MIT MULTIPLIZIERER 110
11.4.2. QUADRIEREN MIT PARABELFUNKTION 110
9
11.5. RADIZIEREN YYYY
11.5.1. QUADRIEREN IN DER GEGENKOPPLUNG 111
11.5.2. RADIZIERER MIT PARABELFUNKTION 111
11.6. BILDEN DES ARITHMETISCHEN MITTELWERTES IL
L
11.6.1. MIT DREHSPULGERAET 112
11.6.2. MIT TIEFPASS 112
11.7. INTEGRATION 113
11.7.1. MILLER-INTEGRATOR 113
11.7.2. INTEGRATIONSMOTOR 115
11.8. DIFFERENTIATION 115
11.8.1. DIFFERENZIEREN MIT OPERATIONSVERSTAERKERN 115
11.8.2. RC-DIFFERENZIERGLIED 116
12. VERSTAERKER 117
12.1. MESS-UN
D KOMPENSATIONSVERSTAERKER 117
12.1.1. MESSVERSTAERKER 117
12.1.2. KOMPENSATIONSVERSTAERKER UND KOMPARATORE
N 119
12.2. DIE MESSVCRSTAERKCR-GRUNDTYPEN 119
12.2.1. DER SPANNUNGSVERSTAERKER 119
12.2.2. DER SPANNUNGS-STROM-UMSCTZCR 121
12.2.3. DER STROMVERSTAERKER 121
12.2.4. DER STROM-SPANNUNGS-UMSETZER 122
12.2.5. GEMEINSAME DARSTELLUNG 122
12.3. FEHLEREINFLUESSE DER MESSVERSTAERKER-GRUNDTYPEN 123
12.3.1. MULTIPLIKATIVE FEHLEREINFLUESSE 123
12.3.2. ADDITIVE FCHLEREINFLUESSE 123
12.3.3. FREQUENZTRANSFORMATION 126
12.4. VERSTAERKERSTRUKTUREN 126
12.4.1. DIREKTGEKOPPELTE OPERATIONSVERSTAERKER 126
12.4.2. TRAEGERFREQUENZVERSTAERKER 129
12.4.2.1. DIE MODULATION 129
12.4.2.2. VERSTAERKER 130
12.4.2.3. SYNCHRONDEMODULATOR 131
12.4.3. CHOPPER-UN
D MODULATIONSVERSTAERKER 135
12.4.3.1. ELCKTROMECHANISCHE ZERHACKER 135
12.4.3.2. SYMMETRISCHE FET-CHOPPER 136
12.4.3.3. FOTOCHOPPCR 137
12.4.3.4. UNSYMMETRISCHE FET-CHOPPER 137
12.4.3.5. MODULATOR MIT KAPAZITAETSDIODEN 139
12.4.3.6. DER SCHWINGKONDENSATOR 142
12.4.4. CHOPPERSTABILISIERTE VERSTAERKER 142
12.4.5. SONDERFORMEN 144
12.5. REALISIERUNG DER MESSVERSTAERKER-GRUNDTYPEN DURCH GEGENKOPPLUNG 144
12.5.1. DER SPANNUNGSVERSTAERKER 145
12.5.2. DER SPANNUNGS-STROM-UMSETZER 148
12.5.3. DER STROMVERSTAERKER 151
12.5.4. DER STROM-SPANNUNGS-UMSETZER 153
12.5.5. GEGENKOPPLUNG BEIM TRAEGERFREQUENZVERSTAERKER 155
10
12.6. FEHLEREINFLUESSE DER GEGENGCKOPPCLTCN MESSVERSTAERKER 156
12.6.1. MULTIPLIKATIVC FCHLCRCINFLUESSE 156
12.6.2. ADDITIVE FEHLEREINFLUESSC 157
13. ANALOGES AUFNEHMEN UND UMFORMEN NICHTELEKTRISCHER GROESSEN 158
13.1. KLASSIFIZIERUNG DER MESSWERTAUFNEHMER 158
13.1.1. AKTIVE MESSWERTAUFNEHMER 158
13.1.2. PASSIVE MESSWERTAUFNEHMER 159
13.2. WEG- UND WINKELMESSUNG 160
13.2.1. OHMSCHE AUFNEHMER 160
13.2.2. INDUKTIV
E AUFNEHME
R 161
13.2.3. KAPAZITIVE AUFNEHMER 164
13.2.4. MCSSCLCKTRONI
K 167
13.2.5. MAGNETISCHE AUFNEHMER 167
13.2.6. TRANSFORMATORAUFNEHMER 168
13.2.7. RADIOAKTIVE DICKENMESSUNG 169
13.3. DEHNUNGSMESSUNG 169
13.3.1. DEHNUNGSMESSSTREIFEN 169
13.3.2. BRUECKCNSCHALTUNGEN 170
13.3.3. BRUECKENSPEISUNG UND MESSCLEKTRONIK 173
13.3.4. NULLVCRFAHRCN 174
13.4. KRAFTMESSUNG 174
13.4.1. KRAFTAUFNEHMER MIT DEHNUNGSMESSSTREIFEN 174
13.4.2. PIEZOELEKTRISCHE KRAFTAUFNEHMER 175
13.4.3. WEITERE KRAFTAUFNEHMER 177
13.5. BESCHLEUNIGUNGSMCSSUNG 178
13.5.1.
BESCHLEUNIGUNGSAUFNEHMERMITFEDERUNDMAS.S
E
178
13.5.2. BESCHLEUNIGUNGSMCSSUNG MIT KRAFTKOMPENSATION 179
13.6. DRUCK-UN
D DIFFERENZDRUCKMESSUNG 180
13.6.1. PIEZOELEKTRISCHE DRUCKAUFNEHMER 180
13.6.2. DRUCKAUFNEHMER MIT DEHNUNGSMESSSTREIFEN 180
13.6.3. DRUCK-MESSUMFORMER MIT MEMBRANMESSWERK 181
13.7. DREHZAHLMCSSUNG 181
13.7.1. LICHTELEKTRISCHC DRCHZAHLAUFNEHMER 181
13.7.2. MAGNETISCHE DRCHZAHLAUFNEHMER 182
13.7.3. INDUKTIONS-DREHZAHLAUFNCHMER 182
13.7.4. INDUKTIVE DREHZAHLAUFNEHMCR 183
13.7.5. DER DISKRIMINATOR 183
13.8. DUREHFLUSSMESSUNG 185
13.8.1. DURCHFLUSSMESSUNG NACH DEM INDUKTIONSPRINZIP 185
13.8.1.1. INDUKTIONS-DURCHFLUSSAUFNEHMCR 185
13.8.1.2. MESSELEKTRONIK 187
13.8.2. DUREHFLUSSMESSUNG MIT MESSTURBINE 190
13.8.3. DUREHFLUSSMESSUNG NACH DEM WIRKDRUCK 191
13.9. TEMPERATURMESSUNG 192
13.9.1. THERMOELEMENTE 192
13.9.2. WIDERSTANDSTHERMOMETER 193
11
13.9.3. STRAHLUNGSPYROMETER 146
13.9.3.1. ZU
R TEMPERATURSTRAHLUNG 196
13.9.3.2. GESAMTSTRAHLUNGSPYROMETER 198
13.9.3.3. BANDSTRAHLUNGSPYROMETER 198
13.9.3.4. FARBPYROMETER 199
13.10. MESSUNG DES PH-WERTES 200
13.10.1. BEDEUTUNG DES PH-WERTES 200
13.10.2. ELEKTRODEN ZUR PH-MESSUNG 201
13.10.3. VERSTAERKER UND MESSUMFORMER 202
14. FREQUENZ- UND ZEITGEBER 203
14.1. QUARZOSZILLATOREN 203
14.1.1. SCHWINGQUARZE 204
14.1.2. TEMPERATURABHAENGIGKEIT 205
14.1.3. ALTERUNG 206
14.1.4. ERSATZBILD UND FREQUENZGANG 206
14.1.5. SEHWINGSEHALTUNGEN 208
14.1.6. FREQUENZTEILER 210
14.2. RC-ZEITGCBER 210
14.2.1. RC-ZEITSEHALIUNG MIT OPERATIONSVERSTAERKER 210
14.2.2. MONOSTABILE KIPPSTUFE 211
14.2.3. DER ASTABILE MULTIVIBRATOR 214
14.2.4. MILLER-INTEGRATOR ALS ZEITGEBER 217
15. ANALOGE MELIWERTAUSGABE 218
15.1. DREHSPUL-ZEIGERINSTRUMENT 218
15.2. DREHSPULSCHREIBER 218
15.3. SCHNELLSCHREIBER 219
15.4. TINTENSTRAHLOSZILLOGRAPH 219
15.5. LICHTSTRAHLOSZILLOGRAPH 219
15.6. ELEKLRONENSTRAHL-OSZILLOGRAPH 219
15.6.1. DIE ELEKTRONENSTRAHLROEHRE 219
15.6.2. DIE ELEKTRONISCHE SCHALTUNG 221
15.6.3. MESSTECHNISCHE EIGENSCHAFTEN 223
15.6.4. MESSTECHNISCHE ANWENDUNG 224
15.6.4.1. BETRIEB MIT EINGEBAUTER ZEITABICNKUNG 224
15.6.4.2. BETRIEB MIT AEUSSERER X-ABLENKUNG 224
16. GRUNDLAGEN DER DIGITALELEKTRONIK 226
16.1. BINAERE ZUSTAENDE UND VARIABLEN 226
16.2. LOGISCHE VERKNUEPFUNGEN 227
16.2.1. ODER-FUNKTIO
N 227
16.2.2. UND-FUNKTIO
N 228
16.2.3. NEGATIO
N 229
16.2.4. NAND-FUNKTIO
N 230
16.2.5. NOR-FUNKTIO
N 231
16.2.6. EXKLUSIV-ODER-FUNKTIO
N 231
16.3. GESETZ, DER SCHALTALGEBRA 232
16.4. REALISIEREN DER GRUNDVERKNUEPFUNGEN MIT NAN
D UND NOR 232
12
16.5. ENTWURF DIGITALER SCHALTWERKE 233
16.5.1. FUNKTIONSTAFCL UND SCHALTALGCBRAISCHE GLEICHUNG 234
16.5.2. MINIMIERUNG 234
16.5.2.1. MINIMIERUNGSVERFAHREN 234
16.5.2.2. YY V-TAFEL FUER ZWEI VARIABLEN 235
16.5.2.3. KV-TAFEL FUER DREI VARIABLEN 236
16.5.2.4. KV-TAFEL RIR VIER VARIABLEN 238
16.5.3. REALISIEREN DER SCHALTUNG 239
16.6. FLIPFLOPS 239
16.6.1. RS-FLIPFLOPS AUS NOR-GLIEDERN 240
16.6.2. GCTAKTCTCS RS-FLIPFLOP AUS NOR-GLIEDERN 241
16.6.3. GCTAKTCTCS RS-FLIPFLOP AUS NAND-GLIEDERN 242
16.6.4. JK-FLIPFLO
P 243
16.7. ELEKTRONISCHE ZAEHLER 245
16.7.1. ASYNCHRONER BINAERZAEHLER 245
16.7.2. SYNCHRONER BCD-8421-ZAEHLER 246
16.7.2.1. BERECHNUNG MIT KOEFFIZIENTENVERGLEICH 247
16.7.2.2. BERECHNUNG MIT BEDINGUNGSLAFELN 250
16.7.2.3. DCCODIERER 253
16.7.3. SYNCHRONER BCD-8421-RUECKWAERTSZAEHLER 257
16.7.4. RINGZAEHLER 258
16.7.5. RUECKWAERTS-RINGZAEHLER 260
16.8. SCHIEBEREGISTER 261
16.8.1. SCHIEBEREGISTER MIT SCRICNCINGANG 261
16.8.2. SCHIEBEREGISTER MIT PARALLCLCINGANG 262
16.8.3. RUECKWAERTS-SCHICBEREGISTER 262
16.9. MONOLITHISCH INTEGRIERTE DIGITALSCHALTUNGEN 263
16.9.1. ZUR TECHNOLOGIE 263
16.9.2. DTL-TECHNIK 263
16.9.3. TTL-TECHNIK 264
16.9.4. LSL-TEEHNIK 265
16.9.5. ECL-TECHNIK 266
16.9.6. MOS-TECHNIK 266
16.9.7. CMOS-TCCHNIK 266
16.9.8. VERGLEICH DER SCHALLLINGSEIGENSCHAFTEN 267
16.9.9. THREE-STATE-LOGIK 268
17. DIGITALES MESSEN NACH DEM INKREMENTALVERFAHREN 269
17.1. STUECKZAEHLUNG 269
17.2. INKRCMENTALC WEG- UND WINKCLMESSUNG 269
17.3. SCHRITTMOTORSYSTEME 273
17.4. LNKREMCNTALCR STUFCNKOMPENSATOR 273
17.5. DIGITALES MESSEN VON RELATIVEN DREHZAHLDIFFERENZEN 274
18. ZEITBEZOGENE INKREMENTALE MESSVERFAHREN 276
18.1. DIE ZEITBASIS 276
18.1.1. FLIPLLOPKCTTCN ALS FREQUENZTEILER 276
18.1.2. UNIVERSALTEILER 277
18.2. DIGITALE FREQUENZ- UND DREHZAHLMESSUNG 278
13
18.3
. DIGITAL
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G 279
18.3.1
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G 279
18.3.2. ZEITABSCHNITTSMESSUN
G 280
18.4. DIGITAL
E STRAHLUNGSMESSUN
G 280
18.5. ANALOG-DIGITAL-UMSETZE
R MIT SPANNUNGS-FREQUENZ-WANDLE
R 281
18.5.1
. DE
R SPANNUNGS-FREQUENZ-UMSETZE
R 281
18.5.2. DE
R ANALOG-DIGITAL-UMSETZE
R 282
18.6. SUEGEZAHN-ANALOG-DIGITAL-UMSETZE
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18.7. DOPPEITINTEGRICRCNDE
R ANALOG-DIGITAL-UMSETZE
R 285
19. CODIEREND
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N 287
19.1
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G 287
19.2. WEG-UN
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G IM REINE
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19.3
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R 294
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N 295
20
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20.1
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