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鉴于斯特林型脉管制冷机具有高效率、结构紧凑、低振动、高可靠性、长寿命的突出优点，最近几十年来在国际上受到广泛关注。由于空间技术的牵引，斯特林型脉管制冷机的应用已经从100K拓展至10K以下的温区。为了研究斯特林型脉管制冷机的工作机理，我们设计了一台三级斯特林型脉管制冷机，各级温度分别对应于液氮、液氢、液氦温区。实验表明，该三级可获得89.5 K、20.7K、4.97K的无负荷制冷温度，这是国内外公开报道的首次达到5K温度以下的三级斯特林型脉管制冷机。该制冷机可同时提供20 mW@6.0 K和0.32 W@25.0 K的冷量，可满足一些空间应用的要求。该结果对于探索液氦温区斯特林型脉管制冷机的工作机理和拓展我国低温制冷机的应用范围，具有积极的意义。