一种测量叶栅气膜冷却特性的试验系统，包括：试验段模型，用于模拟涡轮叶片叶栅流道，在流道内的叶片转折角位置固定设置叶片试验件，叶片试验件的CO₂进气口沿径向伸出流道，其叶片压力面和叶片吸力面上分别布置若干叶片气膜孔，且叶片压力面和叶片吸力面上沿等高线布置等间距的叶片引压孔；主流系统，连接流道的入口，向流道送入主流空气；CO₂冷气系统，连接CO₂进气口，向叶片试验件内部供气腔送入CO₂冷气，并由叶片气膜孔处射出，形成气膜冷却；测量系统，测量流道内部的压力和温度分布，其中温度分布通过红外摄像机拍摄获取。本发明实现了对叶栅表面冷却效率与换热系数的测量，解决了叶片表面由于曲率变化过大而无法测量的难点。