А зачем "точку замерзания воды" измерять в таком широком диапазоне (-5...+5град)? И как на мой взгляд, такая точность (0,001град) - это уже за пределами интересов эмбеддеров. Тут надо рыть физику и метрологию в направлении фазовых переходов, химических реакций, эталонов, косвенных методов. Раньше 0 град Цельсия определяли как раз по точке фазового перехода (плавление льда). Почему-то такой эталон не устроил и сейчас 0 Цельсия определяют уже не так...
Я бы стартовал с чтения книжек по эталонам температуры.
PS. Кврцевый датчик скорее всего не подойдет. Слишком много в воде со льдом факторов, влияющих на
частоту механических колебаний, кроме температуры.