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Physical
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11 s
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15 s
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26 s
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25 Hz
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de 25 Hz
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12 s
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2521289A1
Family ID 3106669
Probable Assignee Turbo Werk Messtechnik Gmbh
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title The exciter coil (10), which generates a magnetic field in
the tube of an inductive flow meter, is supplied by two...
FR Title MONTAGE ELECTRIQUE PRODUISANT UN CHAMP MAGNETIQUE PULSATOIRE
DANS LA BOBINE D'EXCITATION D'UN DEBITMETRE INDUCTIF
Abstract
_________________________________________________________________
The exciter coil (10), which generates a magnetic field in the tube of
an inductive flow meter, is supplied by two electronic switches (11,
12) operated in push-pull, which are controlled by the output signal
of a comparator (15). The switches (11, 12) are either opened or
closed so that they have extremely low power dissipation. The exciter
current is picked up from a current sensor (13) and supplied via a
delay section (14) to the actual-value input of the comparator (15).
At the setpoint input of the comparator (15), a setpoint signal of
alternating positive and negative pulses is present. During a pulse of
the setpoint signal, the switches (11, 12) are switched on and off
numerous times because the operating threshold of the comparator (15)
is exceeded in both directions. This produces an exciter current pulse
on which a sawtooth is superimposed. The mean value of this pulse
corresponds to the setpoint of the exciter current. The advantage lies
in the low power consumption of the circuit and in being able to
dispense with expensive cooling means.
LA BOBINE D'EXCITATION 10, QUI PRODUIT UN CHAMP MAGNETIQUE DANS LE
TUYAU D'UN DEBITMETRE INDUCTIF, EST ALIMENTEE PAR DEUX COMMUTATEURS
ELECTRONIQUES 11, 12 TRAVAILLANT EN OPPOSITION ET COMMANDES PAR LE
SIGNAL DE SORTIE D'UN COMPARATEUR 15. LES COMMUTATEURS 11, 12 SONT
OUVERTS OU FERMES; ILS ONT DONC DES DISSIPATIONS TRES FAIBLES. LE
COURANT D'EXCITATION EST PRELEVE PAR UN DETECTEUR DE COURANT 13 ET
ENVOYE, VIA UN TEMPORISATEUR 14 A L'ENTREE DE LA VALEUR REELLE DU
COMPARATEUR 15. L'ENTREE DE LA VALEUR DE CONSIGNE DU COMPARATEUR 15
RECOIT UN SIGNAL DE CONSIGNE COMPOSE ALTERNATIVEMENT D'IMPULSIONS
POSITIVES ET NEGATIVES. PENDANT UNE IMPLUSION DU SIGNAL DE CONSIGNE,
LES COMMUTATEURS 11, 12 SONT COMMUTES DE NOMBREUSES FOIS, LE SEUIL DE
REPONSE DU COMPARATEUR 15 ETANT DEPASSE DANS LES DEUX SENS. IL EN
RESULTE UNE IMPULSION DU COURANT D'EXCITATION A LAQUELLE SE SUPERPOSE
UNE DENT DE SCIE. LA MOYENNE DE CETTE IMPULSION CORRESPOND A LA
CONSIGNE DU COURANT D'EXCITATION.
AVANTAGES: FAIBLE CONSOMMATION D'ENERGIE ET SUPPRESSION D'UN MOYEN DE
REFROIDISSEMENT COMPLIQUE.
Description
_________________________________________________________________
MONTAGE ELECTRIQUE PRODUISANT UN CHAMP MAGNETIQUE PULSATOIRE
DANS LA BOBINE D'EXCITATION D'UN DEBITMETRE INDUCTIF.
L'invention concerne un montage electrique, produisant un champ
magnetique pulsatoire dans la bobine d'excitation dlun debitmetre
inductif, comportant une source d' impulsions de courant, qui contient
au moins un composant electronique commande, qui regule le courant
traversant la bobine d'excitation en fonction du signal d'un detecteur
de courant se trouvan dans le circuit d'excitation.
Les debitmetres inductifs servent a mesurer le debit d'un liquide
passant dans une tuyauterie (demande de brevet allemand publiee avant
examen DOS 29 41 383). Ils comportent au moins une bobine
d'excitation, qui produit un champ magnetique pulsatoire a l'interieur
de la tuyauterie. Les porteurs electrises contenus dans le fluide en
mouvement y provoquent une chute de potentiel, qui est mesuree et
interpretee par les electrodes se faisant face sur la paroi du tuyau.
La difference de potentiel mesuree forme une mesure de la quantite de
liquide ecoulee par unite de temps.
Pour l'alimentation de la bobine d'excitation, on utilise, sur les
debitmetres connus, une source d'impulsions de courant, l'amplitude
des impulsions etant regulee. La source d'impulsions de courant est
alimentee avec une tension non stabilisee, qui doit naturellement
entre superieure a la tension da sortie. La difference de tension
entre la tension d'entree non stabilisee de la source d'impulsions de
courant et la tension de sortie, multiplie par l'intensite, est
convertie en chaleur par le composant electronique commande. Cela veut
dire que non seulement il se produit des pertes d'energie importantes,
qui necessitent une puissance d'entree inutilement elevee sur
l'appareilfi mais qu'il faut encore une depense importante pour
refroidir les composants electroniques.Les moyens de refroidissement
correspondants augmentent le poids et les dimensions de l'appareil.
Sur les debitmetres connus, la frequence de repetition and laquelle
les impulsions de courant sont produites pour la bobine d'excitation
est fixe. D'une part, la frequence ddmpulsions devrait etre grande
pour qu'on obtienne un temps de reaction court pour l'appareil de
mesure ainsi qu'une difference de frequence importante entre le signal
utile et les perturbations de basse frequence; d'autre part, la
frequence de repetition ne doit' pas non plus etre trop grande, parce
qu'avec des frequences elevees, les capacites des cibles et les pertes
par courants de Foucault provoquent des defauts.Le bon choix de la
frequence de repetition depend aussi de la conductibilite du liquide
et specialement de l'importance ainsi que de la repartition des
particules conductibles dans le li quine.
Pour produire le courant de la bobine d'excitation, il est connu
d'utiliser une boucle lineaire de regulation, avec laquelle le
composant electronique est commande chaque fois dans l1etat
conducteur, dans la mesure ou un courant de la valeur voulue est
produit. Mais il en resulte une chaleur dis sipee importante. On sait
par ailleurs mettre en oeuvre deux composants electroniques
fonctionnant symetriquement: pendant une demi-periode, on obtient une
valeur positive d'amplitude du couran.t d'excitation et, dans la
demi-periode suivante, une valeur negative de cette amplitude.
Le but de l'invention est de developper un montage electrique du type
indique plus haut, de maniere que la puissance absorbee soit nettement
diminuee par rapport aux montages connus et qu'ainsi l'evacuation de
la chaleur dissipee soit simplifiee.
Pbur atteindre ce but, il est prevu suivant l'invention que le
composant electronique est un commutateur electronique commande par
impulsions et commutable seulement entre un etat ferme et un etat
ouvert et que le signal du detecteur de courant est compare, dans un
comparateur connnandant le commu- tateur a un signal de consigne, le
signal de consigne etant un signal a impulsions changeant
periodiquement.
Suivant l'invention, le comaxltateur electronique est ouvert ou ferme.
Mais l'etat regnant ne se mal-ntientpas pendant une demi-periode du
signal de consigne: il change a une frequence relativement elevee, qui
est nettement plus forte que celle du signal de consigne a basse
frequence. La bobine d'excitation, qui recoit la tension commutee par
le commutateu electronique, filtre le courant et lui donne une valeur
moyenn
Cette moyenne se regle automatiquement a la valeur de consigne
Ceci s'obtient par le fait que le seuil de reponse du compara- teur
est depasse plusieurs fois vers le bas et vers le haut pendait une
demi-periode du signal de consigne, de sorte que le comparateur
provoque une inversion frequente du commutateur electronique.Le seuil
de commutation du comparateur change en fonction du signal de
consigne, qui programme dans une certain mesure le comparateur.
Un avantage particulier du montage est sa faible dis sipation.
L'ensemble de l'energie recue par le montage est uti lisee en tres
grande partie pour l'alimentation de la bobine d'excitation. Comme la
bobine n'a que des pertes ohmiques faibles et qu'elle est surtout
inductive, la puissance totale absorbee est tres faible. L'appareil
convient donc pour un fonctionnement sur batterie. I1 peut rnme titre
execute en modele portatif, puisque les lourdes plaques pour la
dissipation de la chaleur ne sont pas necessaires. Quand le
commutateur electronique est paissant, sa resistai ce est extrEmement
faible de sorte que la chaleur dissipee dans cet etat dans ce comm-
tateur est faible, meme avec des courants importants. Si, par contre,
le commutateur electronique est ouvert, il passe seule ment un courant
residuel tres faible. Dans cet etat aussi, la dissipation est tres
faible. I1 n'y a pratiquement pas de stad intermediaire entre les
etats ouvert et ferme.
La frequence a laquelle le comparateur inverse le commutateur
electronique depend essentiellement de l'hysteresi: du comparateur. Si
l'hysteresis est grandie, l'inversion est moins frequente que Si elle
est'faible. Il est possible d'utiliser aussi un comparateur qui n'a
pas d'hysteresis de commu station, Si on intercale un temporisateur
entre le detecteur de courant et le comparateur. Ce temporisateur
retarde l'arrivee du signal du detecteur de courant a 1 'entree du
comparateur, de sorte que la commutation se produit toujours dans le
comparateur avec une certaine temporisation. En combinaison avec les
caracteristiques de la bobine d'excitation, le temporisateur determine
donc la frequence d'inversion du commutateur electronique.
Selon un mode de realisation prefere de l'invention, deux
cozinitateurs electroniques cormnaades symetriquement et raccordes a
des potentiels opposes sont relies a la bobine d'excitation. De cette
facon, avec des valeurs absolues relativement faibles pour les
amplitudes, on peut obtenir un changement important dans le temps pour
la valeur du courant de la bobine d'excitation.
Suivant une autre disposition de l'invention, il est prevu, pour la
production du signal de consigne a basse frequence, une chatne
diviseuse de frequence, sur laquelle differentes frequences
d'impulsions sont prelevables. Avec un pareil debitmbtre, on peut donc
choisir la frequence d\spulsions du courant d'excitation. Cette
frequence se regle sur chaque cas particulier. On la choisit par
exemple relativement elevee si le potentiel des electrodes, des
courants pulsatoires, etc., provoquent des signaux perturbateurs a
basse frequence, qui peuvent alors etre filtres simplement; on la
choisit relativement basse, si des capacites de cibles ou d'autres
facteurs a haute frequence sont si importants qu'ils doivent
influencer la mesure dans le cas d'une frequence d'impulsions
elevee.La chaine diviseuse de freqence est attaquee avantageusement
par la frequence du secteur. Ce type d'attaque a l'avantage d'etre
tres simple a realiser et d'entralner une frequence d'impulsions
synchronisee avec le secteur et tres constante; avec cette frequence,
des perturbations de secteur superposees au signal utile peuvent etre
supprimee d'une maniere connue.
Pour la production du signal de consigne, on peut prevoir un filtre a
impulsions qui, a partir d'un train de n impulsions n'en laisse passer
qu'une, n etant un nombre entier naturel, de preference une puissance
de 2. Cela permet de n'executer la mesure qu'a des instants donnes,
qui se succedent a certains intervalles de temps, de facon a reduire
d'une maniere reglable la puissance absorbee par l'appareil et donc la
dissipation residuelle dans le capteur de mesures et dans la bobine
d'excitation (fonctionnement sur batterie, fonctionnement avec une
temperature ambiante elevee). Par ailleurs, on peut alimenter, avec un
echelonnement dans le temps, a partir d'un montage electrique commun,
plusieurs bobines d'excitation de differents debitmetres.
La frequence de commutation du commutateur elec- tronique est de
preference dans la plage des audio-frequences greater than par exemple
entre 1 et 20 kHz. Elle est nettement plus haute que celle du signal
de consigne, qui est de preference entre 1 a 25 Hz. Le rapport entre
les deux frequences doit etre au moins de 1 a 100.
On decrira plus en detail ci-apres, a titre indicatif et nullement
limitatif, un mode particulier de realisation de la presente invention
en reference au dessin annexe.
Sur ce dessin
- la figure 1 represente un schema synoptique du montage electrique
- la figure 2 represente un schema electrique du montage produisant
les signaux de consigne et
- la figure 3 represente les impulsions des courbes de tension et de
courant a differents endroits du montage suivant la figure 1.
Suivant la figure 1, la bobine d'excitation 10, qui est disposee a
l'exterieur d'un tuyau (non represente) et qui produit, a l'interieur
de ce tuyau, un champ magnetique, est traversee par un courant
d'excitation, fourni alternativement par un premier commutateur
electronique 11 ou par un deuxieme commutateur electronique 12. Dans
le present exemple d'execution, les comsutateurs electroniques ll et
12 sont des transistors de commutation complementaires, le
com:aitateur li etant un transistor npn et le commutateur
12 un transistor pnp. Les emetteurs des commutateurs 11 et
12 sont relies entre eux et relies a l'un des piles de la bobine
d'excitation 10. Les bases des transistors sont aussi reliees entre
elles.Le collecteur du commutateur 11 est relie au pOle positif d'une
source de tension et le collec teur du commutateur 12 est relie au
polie negatif de cette source. A la place des transistors de
commutation, on peut utiliser d'autres composants commandes a
semi-conducteurs, comme des thyristors.
L'autre p81e de la bobine d'excitation 10 est relie par un detecteur
de courant 13 au potentiel de la masse. Le detecteur 13 est une
resistance a basse impedance, dans laquelle le courant passant par la
bobine d'excitation
10 produit une chute de tension. La tension regnant dans le detecteur
de courant 13 est envoyee par un temporisateur 14 a l'entree de la
valeur reelle d'un comparateur 15. Le temporisateur 14 presente une
resistance variable et un condensateur de decouplage relie a la masse.
La modification de la valeur de la resistance longitudinale permet de
modi fier la constante de temps du temporisateur.
L'entree de la valeur de consigne du comparateur
15 recoit un signal de consigne preleve sur un potentiometre
16. Ce signal de consigne, dont la production est expliquee plus loin,
est un train d'impulsions de basse frequence alternativement positives
et negatives. Le comparateur 15 a un comportement de seuil,
c'est-a-dire qu'il produit un signal "1", quand l'amplitude existant a
l'entree de la valeur reelle est superieure a celle existant a
l'entree de la valeur de consigne; dans tous les autres cas, il
produit un signal "O". Le signal de sortie du comparateur 15 com zende
directement ou par 1 'inter:nediaire d'autres moyens de commutation
les bases des commutateurs electroniques 11 et 12.Comme avec des blocs
d'alimentation synchronises, on peut se passer, le cas echeant, d'un
transformateur d'alimentation puissance et la source de courant peut
etre raccordee directement au secteur par l'intermediaire de
redresseurs et de condensateurs de filtrage, les bases des transistors
de puissance etant commandees par des coupleurs opto-electroniques.
Sur la figure 3, on a represente, en a, l'allure du signal de consigne
dans le temps. Ce signal est compose de tensions positives et
negatives qui alternent entre elles avec une amplitude etalonnee. La
frequence du signal de consigne est de 25 Hz.
En b, on a represente l'allure dans le temps du courant I passant par
la bobine d'excitation 10. Quand le signal de consigne U est positif,
le comparateur 15 delivre un signal "1", qui est applique aux bases
des commutateurs electroniques 11 et 12, de sorte que le commutateur
11 s'ouvre et que le commutateur 12 se ferme. La tension
d'alimentation positive appliquee au commutateur 1l produit d'une
maniere continue un courant d'excitation, qui est superieur a la
valeur de consigne reglee. Mais ce courant s'etablit seulement
lentement a cause de l'inductivite de la bobine d'exci- tation 10.
Quand le courant d'excitation a atteint la valeur de consigne Is, le
comparateur 15 s inverse avec une temporisation produite par le
temporisateur 14.Alors le cou- tateur li se ferme et le commutateur 12
s'ouvre comgletemeht.
Par suite de l'effet d'accumulation de la bobine d'excitation 10, le
courant d'excitation retombe lentement, pour devenir inferieur a la
valeur de consigne Is. Cette chatte du courant d'excitation est
representee sur la figure 3 en 17. Peu apres la chute au-dessous de la
valeur de consigne Is, le comparateur 15 s'inverse a nouveau, de sorte
que le commutateur 12 se rouvre et que le commutateur 11 se referme.
De cette facon, le courant d'excitation I prend l'allure en dents de
scie representee sur la figure 3. Il oscille autour de la valeur de
consigne I8 qui represente la moyenne. Ces dents de scie sont creees
par le fait que les commutateurs electroniques 11 et 12 alternent
chaque fois entre l'etat ouvert et ferme.
Quand le signal de consigne U devientlensuite negatif, les mimes
processus se produisent: il se cree un courant d'excitation variant en
dents de scie autour d'une valeur de consigne negative formant une
moyenne.
Sur la figure 3, on a represente, en c, l'allure de tension Ue sur la
bobine d'excitation 10. Tant que le commu- tateur 12 est ouvert et le
commutateur 11 ferme, la tension
Ue a la valeur positive complete. Mais si, dans la phase 17, le
con-itateur 12 se ferme et le commutateur 11 s'ouvre, ia tension ut
prend la valeur negative complete. La moyenne de la tension
d'excitation Ue pendant la demi-alternance positive du signal de
consigne U prend une valeur qui peut provoquer exactement le courant
d'excitation voulu.
Si la temporisation du temporisateur 14 augmente, les durees des
flancs 17 et 18 augmentent, ce qui diminue la frequence d'inversion
des commutateurs electroniques 11 et 12. Dans un exemple d'execution
pratique, cette frequence d'inversion est d'environ 10 kHz et elle est
donc plus de cent fois superieure a celle du signal de consigne U.
Sur la figure 2 on a represente un montage produisant le signal de
consigne U.
La tension d'alimentation de 50 Hz commande un etage conformateur
d'impulsions 19, delivrant des impulsions carrees, d'amplitude
alternativement positive et negative. Ces impulsions carrees
commandent un compteur ou une channe diviseuse d'impulsions 20. Les
sorties de la chaise 20, qui sont chacune designees par les diviseurs
1, 2, 4, 8, sont divisees par la frequence d'entree. Chacune de ces
sorties peut etre connectee a un conducteur 21, qui est relie au
potentiometre 16 par l'intermediaire d'un etage 22 diviseur de
frequence et d'un amplificateur 23. L'autre branchement du potentlo-
metre 16 est a la masse. L'etage 22 diviseur de frequence divise par
deux la frequence d'impulsions appliquee a son entree et venant du
conducteur 21.L'etage comprend en plus une chaine diviseuse de
frequence, dont les differents etages sont designes par 2, 4, 8 et 16,
suivant le diviseur. La frequence d'impulsions presente a la sortie 8
du diviseur de frequence repreaente donc le 1/8e de la frequence
d'entree.
Les sorties 2, 4, 8, 16 du diviseur de frequences 22 sont reliees par
des resistances de decouplage 24 aux quatre entrees d'une porte NON-ET
25. De plus, chacune de ces entrees est reliee au potentiel de masse
par un comnltateur normalement ferme 26, 27, 28 et 29. Les
commutateurs 26 a 29 peuvent etre actionnes a la main, de maniere que
le commutateur 26 s'ouvre d'abord, puis reste ouvert, qu'ensuite le
commutateur 27 soit ouvert en plus et ainsi de suite, jusqu'a ce que
tous les commutateurs 26 a 29 soient ouverts en meme temps.
La porte NON-ET 25 ne delivre, a sa sortie, un signal "1' que si tous
les signaux d'entree ont la valeur "O". Le potentiel de la masse
correspond a un signal "O'. Par l'in termediaire d'un inverseur 30, le
signal de sortie de la porte NON-ET 25 commande un connmltateur
electronique 40, schematise sous la forme d'un commutateur mecanique,
qui est monte parallelement au potentiometre 16 et peut le
courtcircuiter.
Le diviseur de frequence 22 forme, en combinaison avec les
commutateurs 26 a 29, la porte NON-ET 25 et le commutateur 40, un
filtre a impulsions 31, qui ne laisse passer'qu'une impulsion sur n
impulsions vers le potentio mitre 16, pour la production d'un signal
de consigne. n est naturellement une puissance naturelle de 2 et peut
donc prendre les valeurs 2, 4, 8, 16, etc. Si tous les commuta- teurs
26 a 29 sont fermes, le commutateur 40 reste ferme et aucune tension
n'est appliquee au potentiometre 16.
Si maintenant le coniaitateur 26 s'ouvre, les impulsions venant de 1
less than sortie 2 du diviseur de frequences 22 commandent, par la
porte NON-ET 25 et l'inverseur 30, le commu- tateur 40. Comme ces
impulsions ont la demi-frequence de celles du conducteur 21, une
impulsion sur deux venant de l'amplificateur 23 est court-circuitee
par le commutateur 40. Si, en plus du commutateur 26, le commutateur
27 s'ouvre, seule une impulsion sur quatre venant du conducteur 21
produit une impulsion de tension sur le potentiometre 16. Si les co m
ttateurs 26, 27 et 28 sont ouverts ensemble, seule une impulsion sur
huit venant du conducteur 21 produit une impulsion sur le
potentiometre 16; et si finalement les quatre conixaitateurs 26 a 29
sont ouverts, seule une impulsion sur seize venant du conducteur 21
produit une impulsion sur le potentiometre 16. De cette facon, on peut
changer la periodicite de la mesure inductive de debit, par exemple,
pour economiser le courant par une mesure moins frequente.
Il est bien entendu que le mode de realisation cidessus decrit n'est
aucunement limitatif et pourra donner lieu a toute modification
desirable sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Montage electrique produisant un champ magnetique pulsatoire dans
la bobine d'excitation d'un debitmetre inductif, comportant une source
d'impulsions de courant, qui contient au moins un composant
electronique commande, qui regule le courant traversant la bobine
d'excitation en fonction du signal d'un detecteur de courant se
trouvant dans le circuit d'excitation, caracterise par le fait que le
composant electronique est un commutateur electronique (11, 12)
commande par impulsions et commutable seul.ement entre un etat ferme
et un etat ouvert, et que le signal du detecteur de courant (13) est
compare, dans un comparateur (15) commandant le commutateur (11, 12),
a un signal de consigne (U), le signal de consigne etant un signal a
impulsions changeant periodiquement.
2. Montage electrique selon la revendication 1, caracterise par le
fait qu'entre le detecteur de courant (13) et le comparateur (15), est
monte un temporisateur (14).
3. Montage electrique selon laune des revevssd;.cations 1 et 2,
caracterise par le fait que deux comautateurs electroniques (11 et 12)
commandes symetriquement et raccordes a des potentiels opposes sont
relies a la bobine d'excitation (10).
4. Montage electrique selon la revendication i, caracterise par le
fait que, pour la production du signal de consigne (U), il est prevu
une haine diviseuse de frequence (20), sur laquelle differentes
frequences d'impulsions sont prelevables.
5. Montage electrique selon l'une des revendications 1 a 4,
caracterise par le fait que, pour la production du signal de consigne
(U), il est prevu un filtre a impulsions (31), qui, a partir d'un
train de n impulsions n'en laisse pisser qu'une, n etant un nombre
entier naturel, de preference une puissance de 2.
6. Montage electrique selon l'une des revendications 1 a 5 greater
than caracterise par le fait que la frequence de cormrm- tation du
commutateur electronique (11, 12) est dans la plage des
audiofrequences et qu'elle est nettement superieure a celle du signal
de consigne (U).
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"discovered" (highlighted) items of interest.
The arrows and counter let you move through the highlighted items
in order.
12. Other tools include a "Preview" option [ [preview.png] ] and the
ability to mark the relative locations of highlighted items by
using the "Marker" option [ [marker.png] ].
Try these out to best understand how they work, and to discover if
they are of use to you.
13. Items selected from the menu on the left will be highlighted in
the main publication section (here in the middle of the screen).
Click them for further information and insights (including
chemical structure diagrams where available).
14. Please experiment with TextMine - you cannot make any permanent
changes or break anything and once your session is closed (you've
log out) all your activity is destroyed.
Please contact Minesoft Customer Support if you have any questions
or queries at: support@minesoft.com
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