本发明涉及氢气储运设备的制造检测技术，旨在提供一种用于高压氢气环境下非金属密封件性能测试的试验装置。该装置包括用于构成试验腔体的底座和压盖，内设O形圈试样夹持架、变径管和挡圈；O形圈试样夹持架是具有轴向通孔的一体式结构，挡圈呈环形结构，变径管是一体式的环状结构；在O形圈试样夹持架的侧缘设有用于嵌装被测O形圈试样一的环向凹槽，其上表面设有用于嵌装被测O形圈试样二的环向凹槽。本发明试验腔体体积小，用气量小；试验条件可满足非金属橡胶密封件实际服役工况；只需通过改变内部试样架的尺寸即可拓展试样规格参数，保证装置的安全性，降低试验成本，提高试验效率，解决现有非金属密封材料性能测试装置功能单一的问题。