Die erste Schaltung ist schon OK. Etwas mehr Versorungsspannung und ein Widerstand von etwa 2-10 K vor dem AD Eingang würde schon gehen. Eine negative Versorgungsspannung ist nicht mal nötig, denn nahe an GND geht der LM324.

Eine Niedrigere Referenzspannung ist auch eine Lösung.
Die einfachste Lösung wäre ein Widerstand (ca.10K) am Ausgang gegen VCC und die anderen Widerstände etwa 10 mal größer. Damit sollte man bis fast 5 V kommen.

Solange der Verstärker nicht in die Sättigung kommt bleibt die schaltung auch linear, nur wird die Verstärkung ein klein wenig größer als 2 fach sein. Für genau VErstärkung 2 müßte man zum Rückkopplungswiderstand noch mal 36 K paralelschalten.