热力学温度是测量温度的基准，是国际上公认的最基本的温度，主要通过基准温度计进行测定。测量热力学温度的温度计主要包括定容气体温度计、气体声学温度计、气体介电常数温度计、气体折射率温度计、噪声温度计、光谱辐射温度计、多普勒增宽温度计等。其中，气体声学温度计是测量中低温区热力学温度最精确的方法之一，具有最小的测量不确定度。运用气体声学测温方法不仅可以精确测量热力学温度，还可以精确测定玻尔兹曼常数，从而实现对开尔文的重新定义。　　本论文基于我国对于低温标准的需求，同时针对低温温度的精密测量，研究了基于低温温区(4.2K～20K)下采用球形谐振器的气体声学温度测量原理分析和平台设计工作。首先进行了对国际上热力学温度计的研究、气体声学温度测量方法的研究细节的调研和总结，明确了气体声学温度测量的原理、意义和优越性。其次针对气体声学温度测量的基本原理和实现方法，进行了声学共振频率和微波谐振频率测量理论计算。最后进行了测量低温温区的气体声学温度测量平台的总体设计。　　通过分析总结国际温标、低温固定点和气体声学温度测量方法的相关理论和研究，确定了气体声学温度测量原理及在低温温区测量的可行性，对比各个热力学温度测量方法可知其具有测量精度高的优越性。在相对法气体声学温度测量理论的基础上，确立了热力学温度的确定所需的关键测量量，包括声学共振频率、微波共振频率，同时需控制实验所处的低温温度的稳定及多个压力组的测量。由此确定了实验平台的框架。　　分析总结了声学共振频率和微波谐振频率的测量理论，计算了纯径向声学模态(0，1)到(0，9)的特征值。对微波模态则是计算了TM11到TM16和TE11到TE16的特征值。此外，还对不同的谐振腔尺寸、温度条件、气体介质进行了声学共振频率的理论计算，对比发现在尺寸较小腔体中，声波在摩尔质量较小的氦气中的共振频率较大，并且温度越高，频率越大，规律与理论相符。考虑到较小的共振频率不利于区分各个声学模态，从而验证了采用50mm半径谐振腔，氦气作为工作介质在低温下测量的合理性。　　设计规划了用于测量低温下热力学温度的气体声学温度测量平台。平台包括实验本体及低温恒温器、声学共振频率测量系统、微波谐振频率测量系统、真空配气系统、压力控制与测量系统、温度控制与测量系统及数据采集与控制系统。实验本体包括谐振器和压力舱，在设计过程中通过SolidWorks Simulation仿真平台对谐振器进行了静力学分析，对平台的设计和后期的操作起到一定的参考作用。从需要实现的功能和对应的仪器设备介绍了实验平台中各个子系统的设计细节。在低温恒温器的设计部分，考虑了以液氦作为冷源和小型制冷机作为冷源两种降温方案，本文中介绍了液氦恒温器的设计细节和相关计算。由此初步建立了气体声学温度测量方法应用于低温的实验平台。