Un condensatore aggiuntivo migliora il filtraggio, può anche migliorare la stabilità negli spunti di assorbimento, ma giustamente si deve sapere a quanto ammontano e poi usare una capacità adeguata.
E' comunque un errore usare l'ADC di Arduino con la tensione di alimentazione come riferimento. Dovresti impostare quella interna a 1,1V che è molto stabile e precisa e totalmente indipendetnte dalle fluttuazioni di alimentazione, e poi ricorrere ad un adeguato partitore resistivo per far sì che la massima tensione in uscita dal sensore con superi il valore di 1,1V. Vedrai sparire il 99% dei problemi.