Sì, le ultime prove sono quelle che ti consigliavo di fare. Ricorda che se inverti tra loro le R fisse ed il sensore, la variazione sarà in aumento e non in diminuzione, cioè avrai circa 500 al minimo livello e 1023 al massimo livello.
Allora per aumentare il range della lettura ed usare contestualmente l'RRef potresti applicare quest'ultimo ad un altro pin analogico di Arduino, in modo da avere il riferimento fisso, partizionare Rsense e RRef in modo da avere tensione minima prossima a 0V e poi impostare ARef su INTERNAL, cioè su 1,1V.
In pratica tu hai un range di tensioni di 0,8V (a 3,3V) o di 1,2V (a 5V); se imposti l'ARef a 1,1V, nel primo caso sfrutterai circa 800 step vedendo l'intera scala, nel secondo caso perderai circa 180 step, che potresti sacrificare nella parte alta del livello (in pratica avresti 0 = vuoto e 1023 a partire dal 90% di livello in su; non so se sono stato chiaro.