Hallo,

da würde ich dir einen sog. Differenzverstärker empfehlen:
Bild hier  
Quelle: http://www.elektronik-kompendium.de/...t/02101531.gif
Der subtrahiert die Spannungen an den Eingängen, d.h. Ausgangsspannung=E2-E1.
An den E1-Eingang legst du 10V an. An den E2-Eingang dein zu messendes Signal.
Am Ausgang des Operationsverstärkers liegt dann dein Signal abzüglich den 10V an, also nur noch 0 bis 5V.
Das kannst du dann noch mit einem Spannungsteiler auf 3V runterteilen.

Welche Spannungsversorgung(en) hast du? Der Operationsverstärker bräuchte mindestens 15V/2=7,5V.

Die Widerstände in der oberen Schaltung müssen alle gleich sein (z.B. alle 10kOhm). Verwende Metallfilmwiderstände mit 1%, dann wird's genau.

Es gibt auch Mikrocontroller mit 10 Bit Auflösung (oder noch mehr Bit) an den Analogeingängen!

Grüße,
Bernhard