Спаяйте дифференциальную термопару, засуньте один ее спай банку со льдом, второй - к себе подмышку, и тогда поймете, откуда и какие берутся погрешности.

Вообще то термопарные измерители калибруют с помощью калибратора (источника э.д.с эквивалентного термопаре). По таблицам определяете э.д.с которое должна иметь термопара подаете это напряжение на вход прибора и проверяете соответствие показаний.
Ваш метод эталонных температур применяют для проверки термопар. При этом э.д.с термопары измеряют микровольтметром и сравнивают с табличными.

Очевидно, что у автора вопроса нет источника с нормальным элементом, иначе бы он своего вопроса не задавал. Тест с дифф-парой даст ему возможность беззатратно проверить, виноваты ли АЦП.