L'unico modo per ottenere precisione VERA è usare un IC ref: sono integrati in grado di erogare una tensione di riferimento molto precisa e soprattutto stabile, la colleghi all'ARef, la misuri e ti fai le tue formule; a quel punto non hai alcun legame con l'alimentazione
Un altro metodo consiste nell'attivare il Ref interno a 1,1V o collegare l'esterno ai 3,3 di Arduino (nel frattempo lo ha spiegato Uwe), il primo è molto preciso e comunque misurabile, il secondo secondo me potrebbe risentire delle variazioni dell'alimentazione quindi è meglio verificare.
Ovvio che se usi un Ref < 5V devi rapportare le tensioni da misurare al valore di Ref mediante dei partitori di precisione.