通常會使用如下圖3所示的測量模型，假設萬用表處溫度相同，則在萬用表處的熱電勢EAC會被相互抵消而不影響整個回路，整個回路的熱電勢都是由金屬A與金屬B材料的熱電偶產生，進而萬用表測量到的電壓為EAB（TA，TB），此時的TB稱為外部冷端。可以理解的是，由萬用表測到的是TA與TB溫度差之間的熱電勢。
圖3 改進的測量模型
圖3模型中有一個不合適的因素在于萬用表處的兩端溫度在實際應用中并不一定等溫，會造成電勢差引起的測量誤差。這樣就繼續引出一個更優的模型，如圖4所示。將萬用表處通過金屬C材料引線引出后，根據均值導體定律，在萬用表處無論存在多大溫度差都不會有熱電勢的產生，此時只需要保證TC1、TC2、TB三處溫度處于同一恒溫條件下，整個模型所測到的熱電勢電壓EAB（TA，TB）為TA與TB溫度差下的熱電勢。
圖4 優化后的模型
根據中間導體定律，下半部分的連接導線可以進一步優化為圖5，由此我們不難發現，下圖的模型對于整個系統所測量到的熱電勢是不變的，依然為EAB（TA，TB）。所以我們只需要保持后端連接的金屬材料一致，能夠正確測量等溫區溫度TB，就可得出溫度TA。
圖5 簡化TC2后
2、冷端補償
如圖5，能夠知道熱電偶的熱電勢是EAB（TA，TB），兩個接合端溫度差所對應的熱電勢，分度表中以TB＝0℃進行的測量標定，由于自然環境因素，測量環境很少為0℃，但只要在測量過程中，保持冷端處于較穩定的恒溫環境中，就能夠把溫度給補償回來，根據中間溫度定律：
那么就可以發現，我們的冷端就相當于中間溫度Tn，而中間溫度Tn到0℃的熱電勢En0就必須通過軟件或硬件補償方式進行補償至系統中。
使用高精度熱敏電阻或IC溫度傳感器等測量我們設計的冷端溫度，將我們所需要測量到的實際溫度TA是需要通過如下轉化才能夠正確得到，此方法為軟件補償，使用軟件補償的優勢在于能夠兼容多種不同類型熱電偶進行測量。
首先將Tn指測出，轉化為相應熱電偶類型所對應的熱電勢En，En加上所通過直接測量到的熱電勢EAn所得到的EAB才為測量端TA溫度到0℃所對應的熱電勢，再將EA0通過查表得到最終的溫度值TA。補償的目的在于修正冷端溫度TB≠0℃時的影響。
4、不同工控環境下對熱電偶的選取及其優缺點
對于不同的工業環境，所需要到的測溫范圍以及測溫精度是不一樣。下面簡單介紹各類型熱電偶的電極材料及其測溫范圍，均以ITS－90國際溫標為準。
S型：鉑銠10（＋）、純鉑（－）、測溫范圍：－50～1768℃、0．55uV／0．1℃；
R型：鉑銠13（＋）、純鉑（－）、測溫范圍：－50～1768℃、0．55uV／0．1℃；
B型：鉑銠30（＋）、鉑銠6（－）、測溫范圍：0～1820℃、0．25uV／0．1℃；
K型：鎳鉻（＋）、鎳硅（－）、測溫范圍：－270～1372℃、4uV／0．1℃；
T型：純銅（＋）、銅鎳（－）、測溫范圍：－270～400℃、4uV／0．1℃；
J型：鐵（＋）、銅鎳（－）、測溫范圍：－210～1200℃、5uV／0．1℃；
N型：鎳鉻硅（＋）、鎳硅（－）、測溫范圍：－200～1300℃、2．5uV／0．1℃；
E型：鎳鉻（＋）、銅鎳（－）、測溫范圍：－270～1000℃、5．6uV／0．1℃。
S型特點是抗氧化性能強，比較適合在氧化性、惰性氣氛中連續使用。在所有熱電偶中，S型的精度最高，常被作為標準熱電偶；
R型與S型在性能上基本一致，除了熱電勢相對S較大外；
B型由于在室溫中，所產生的熱電勢最小，則一般不用做冷端補償，但在0～250℃區間，每10℃的變化只有1～2uV，所以會有特別大的測量誤差，一般不用B型熱電偶作為低溫區間測量，一般使用在250～1820℃。