Bei den AVR Controller ist ohne interne Verstärkung ein Messbereich bis 2V oder teilweise 1 V möglich. Bei den neueren Chips (z.B. Mega8, wo 1 V für Aref ausreicht, könnte man wohl noch ohne Verstärker auskommen, ohne viel vom Wertebereich zu verlieren.
Im einfachsten Fall referenzspannung = 1 V, z.B. als 1/5 von 5 V Versorgungsspannung. Den Sensor gegen Masse und direkt an den AD. Je ein Widerstand vom AD Eingang nach VCC und GND: ca. 10 K gegen GND und ca. 60 K gegen Vcc (5V). Gerade so, das nie mehr als 0,8 V am Sensor anliegen können.

Der große Wertebereich ist etwas problematisch. Wesentlich unter 20%rel Feuchte wird man hier selten kommen. Man wird eventuell 2 verschiedene Serienwiederstände vorsehen müssen. Wegen der geringen spannung wäre aber etwas extra Schaltung nötig, oder man müßte riskieren, dass bei einem Programmfehler doch mehr als 0,8 V anliegen können.

Wegen des großen Wertebereichs wäre eventuell auch der Umweg über eine die Zeitmessung sinnvoll: z.B. mit einem OP einen Oszillator bauen, bei dem der Sensor die Frequenz bestimmt. Bei der Frequenz sind leicht mehr als 10 Bit Auflösung möglich, sodass der große Bereich unproblematisch ist.