>>105
蛇足かもしれんけど、>>112さんのを補足すると

＞『ADMUXレジスタに書き込んで、マルチプレクサが安定するまで待つ』と言った記述
の「マルチプレクサが安定するまで待つ」は間違いで、
「マルチプレクサ切り替えに伴って生じる回路の過渡応答が収まるまで待つ」という
ほうが正しい

また、AVRのマルチプレクサ切り替えのタイミングは、ADMUXレジスタに書き込んだ時では
なくて、変換開始（ADSC立ち上がり認識）時だから、
・ADMUXレジスタに（新しいチャンエル番号を）書き込み
・100us 待つ
・変換開始・終了を待ってデータ取得
のようなことをしても、事態はあまり改善しないはず

「AD変換周期をカット＆トライで伸ばした」っていうのが、実際にはどうやったのか分からないけど
単純に待つかわりに、変換結果を一回読み飛ばすとかしないとダメだと思う
そうすれば、マルチプレクサ切り替えからサンプルホールド開始までの時間は
10倍くらいとれるから、センサーの出力インピーダンスはデータシート推奨上限
10kΩの10倍、100kΩくらい行けると思う