Warum willst Du den Bereich denn voll ausnutzen ?
Wenn Du 'nur' die 8 Bit Auflösung des ADC wählst, hättest Du mit 5 Volt 256 Stufen, bei den 3,675 hast Du noch 188 Stufen. Das sollte zum Bestimmen von 2 Schwellen mit 0,267°C Genauigkeit (50°C / 188 Stufen) ganz sicher ausreichen. 100 Stufen = 0,5°C wären ja schon genug.
Die vollen 0...5V kannst Du mit dem im Plan angegebenen OpAmp nicht erzielen, dann benötigst Du einen Rail2Rail-OpAmp, bei dem auch fast 0...5V am Ausgang rauskommen. Dann hast Du für Drift und Temperaturen unter 30 bzw. über 80°C, wo sich der PTC ja auch noch ändert, keine 'Luft' mehr.