低温恒温器是一种能够维持低温环境的装置，它通常使用低温流体或者制冷机来提供冷量，从而使样品能够处在恒定的或者按照需求变化的低温温度下。使用小型低温制冷机冷却的低温恒温器与其他类型的低温恒温器相比，通常具有较小的体积和简单的结构。Gifford-McMahon(G-M)制冷机是一种回热式的低温制冷机，它广泛应用于低温和超导领域。使用G-M制冷机冷却的低温恒温器，可以很方便的获得从低于4K至室温的恒温环境，同时具有方便的操作和较低的运行费用等优点。但是，由于G-M制冷机的自身结构和工作原理，导致了其冷头处的温度在低温下有较大的波动，并且这种温度波动限制了G-M制冷机冷却的低温恒温器的应用范围。本文通过数值模拟计算和实验研究相结合的手段，获得了有效抑制G-M制冷机冷却的低温恒温器内温度波动的方法。　　 为了进行相应的实验研究，设计了一个低温温度测量与控制实验平台。该实验平台由低温恒温器、温度测量与采集系统、充气系统、样品架等部件组成。低温恒温器使用两级G-M制冷机进行冷却，同时设计了两组光学窗口，可以为样品提供最低至约3K的温度。样品架的温度控制采用电加热器加热控温的方式来完成。　　 针对一维有限大物体的非稳态导热问题，从理论上进行了分析求解。根据解析解可知，沿着一维导热方向上的温度分布，温度的波动幅值是逐渐减小的。这表明，温度的波动幅值受到材料的热扩散率影响。材料的热扩散率越小，相同的导热距离上，温度波动的幅值也越小。　　 瑞利数(Rayleighnumber)是影响封闭空间内的自然对流状态的主要因素。通过对高宽比高达2.5的圆柱形封闭空间的底部加热、上部冷却的氦自然对流进行数值模拟计算，发现瑞利数也是影响容器底部温度波动的主要因素。当圆柱形容器内的氦自然对流处于湍流状态时，瑞利数越大，湍流也越强烈，进而影响容器底部的温度波动。同时，由于该圆柱形容器的高宽比较大，瑞利-贝纳尔对流(Rayleigh-Benardconvection)的热分格现象不明显，流动接近混沌状态。　　 根据数值模拟计算的结果，设计了两种方案来抑制G-M制冷机冷头的温度波动:第一种是使用低导热系数的材料（304不锈钢和聚四氟乙烯）作为热阻，安装在样品架和制冷机二级冷头之间。第二种是使用高比热容的材料（氦气）做蓄冷装置，蓄冷装置从制冷机获得冷量，然后再冷却样品架。　　 实验结果表明，两种方案均能减小G-M制冷机冷头的温度波动对样品架的影响，使样品架的温度更稳定。使用热阻的方案来抑制温度波动时，样品架的降温时间要短于使用氦蓄冷装置的方案，并且恒温器的整体结构更简单，操作更方便。而第二种方案中，加热器的加热功率更大，这意味着制冷机制冷量的利用效率更高。