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要了解補償導線的原理問題，就要從熱電偶的原理入手。
如圖所示，T、Tn、T0分別為熱電偶所處的測量端溫度、參比端溫度、環境溫度，這時圖中回路的總電勢為EABBA（T，Tn，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）
當參比端Tn示用另外替代的導線來代替A、B，如果A′與A、B′與B的熱電性質相同，即EABBA（T，Tn，T0）=EAB（T，Tn）+EA′B′（Tn，T0）
如果用能滿足EAB（Tn，T0）=EA′B′（Tn，T0）的連接導線，就可以起到補償熱電勢的作用。這時回路的總熱電勢為EABB′A′（T，Tn，T0）=EAB（T，Tn）+EA′B′（Tn，T0）
此時，所測得的熱電偶的總熱電勢只受測量端溫度T和環境溫度T0的影響，而與參比端的溫度變化Tn無關。在實際應用中補償導線用的就是這一原理。但準確地說，是通過補償導線延長了熱電偶的參比端至溫度較恒定的環境，以消除參比端溫度變化的影響。
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