特殊情况下，热电偶可以串联或并联，但只限同一对材质构成的多个热电偶，并且其冷端应在同一温度下。主要用途如下:
(1)同极性串联，目的是增强信号。例如:辐射高温计里，用多个热电偶串联，其热端皆为同一温度t，冷热皆为t0，总热电动势为单个热电偶时的很多倍。
(2)同极性串联，目的是测多个测点的平均温度。例如喷气发动机燃烧室的温度，多个测点的信号串联之后信号加强了，但各个热电偶的电动势不一定相等，总热电动势反映的是平均温度。
(3)反极性串联，目的是测温差。例如空调系统以某个测点的温度为标准，其他测点靠温差反映空调效果。又如热水的供热量由流量及温差相乘而求得。
(4)时间常数不等的两热电偶反极性串联，目的是测温度变化速度.当温度恒定不变时总热电动势为零，变化越快输出的信号越大，在精密金属零件热处理工艺中很有用处。
(5)同极性并联，目的也是测平均温度。但是要求各热电偶的电阻及时间常数也应相等。
要注意的是，串联或并联都不允许有短路或断路的热电偶，否则会引起严重的误差。在单支热电偶使用中，短路或断路都会使信号完全消失，比较容易被发现。在串联或并联多个热电偶的情况下，局部短路或断路不一定会使总输出电势消失.就难以引起注意了。
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